探索 onsemi NIS3071 和 NIV3071 eFuse：功能、特性與應用全解析

在電子工程師的日常設計工作中，保護下游負載免受各種異常情況的影響是至關重要的。今天，我們就來深入探討 onsemi 推出的 NIS3071 和 NIV3071 這兩款 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，看看它們能為我們的設計帶來哪些便利和保障。

文件下載：onsemi NIS3071，NIV3071 4通道電子保險絲.pdf

產品概述

NIS/NIV3071 是一款 4 通道 eFuse，每通道具備 2.5A 的電流能力，能夠有效保護下游負載免受輸出短路、過載和過流事件的損害。每個通道采用高端配置，并通過相應的使能引腳進行獨立控制。同時，它通過一個公共的低電平有效故障引腳來傳達狀態信息。此外，該 eFuse 還具有內部軟啟動延遲、跳閘時間控制以及所有通道通用的可調電流限制設置等特性。其中，NIS3071 適用于工業和電信應用，而 NIV3071 則專為汽車應用而設計。

方框圖

應用示意圖

一、產品簡介

（一）基本信息

onsemi 的 NIS3071 和 NIV3071 是 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，采用 WQFNW16、6x5 的封裝（CASE 512AN）。它們能有效保護下游負載免受輸出短路、過載和過流等問題的影響。NIS3071 適用于工業和電信領域，而 NIV3071 則專門針對汽車應用進行設計。

（二）關鍵特性

1. 多通道獨立控制：擁有 4 個獨立通道，每個通道的功率器件都具備熱保護功能，且可通過對應的使能引腳進行獨立控制。
2. 無需外部電流分流器：這一特性簡化了電路設計，降低了成本和電路板空間的占用。
3. 數字使能引腳：采用高電平有效的數字使能引腳，方便與其他數字電路進行接口。
4. 故障指示：通過一個公共的開漏低電平有效故障引腳來傳達狀態信息，便于系統監控。
5. 可調參數：具備可調的過流限制和開啟時間控制功能，可根據不同的應用需求進行靈活調整。
6. 汽車級應用支持：NIV 前綴的產品適用于汽車及其他有特殊要求的應用，并且通過了 AEC - Q100 認證，具備 PPAP 能力。

二、引腳功能與參數

（一）引腳功能

這些引腳的合理連接和使用是實現 eFuse 各項功能的基礎，工程師在設計時需要根據具體的應用場景進行正確的引腳配置。

（二）參數指標

1. 絕對最大額定值
   • 輸入電壓范圍為 - 0.3V 至 60V（穩態），瞬態電壓最大可達 65V（脈沖持續時間 ≤ 100μs）。
   • 使能引腳的最大直流電壓為 - 0.3V 至 6V。
   • 工作結溫范圍為 - 40°C 至 150°C，非工作結溫范圍為 - 50°C 至 155°C。
   • 焊接時引腳溫度在 10 秒內最大為 260°C。
   • ESD 人體模型為 2.0kV，ESD 充電設備模型為 1.0kV。
2. 電氣特性
   • 功率 FET 的導通電阻在 25°C 時典型值為 80mΩ，150°C 時為 135mΩ。
   • 每通道的連續電流在環境溫度為 100°C 時，單通道可達 2.5A（需滿足熱阻 $R_{\theta JA} ≤14^{\circ} C / W$）。
   • 過流保護方面，最小可設置電流限制為 0.5A（$R{LIM} = 130kΩ$），閾值電流水平在 $R{LIM}=30kΩ$ 時為 2.0A 左右。

三、工作原理與應用

（一）基本操作

NIS/NIV3071 采用高端配置的四個自保護通道，內部電路可獨立監測每個通道的輸出電流和芯片溫度。當輸入電壓施加到 INx 引腳時，根據控制電路的限制，設備會將輸入電壓施加到連接在 OUTx 引腳的負載上。而且，該 eFuse 還支持將通道并聯以獲得更高的總輸出電流。若某個通道不使用，可將 INx 和 ENx 引腳接地。只要通道 FET 的溫度不超過芯片預設的 175°C 限制，該通道就會保持導通狀態。

（二）過流保護

過流保護電路會監測負載電流，只要電流在由 $I{TH}$ 和 $I{CB}$ 定義的允許過流范圍內，負載就可以正常吸取電流。$I{TH}$ 是由 $R{LIM}$ 電阻設置的過流限制，$I{CB}$ 是斷路器水平，為 $I{TH}$ 的 2 倍。當負載電流不超過 $I{CB}$ 時，FET 導通；若超過 $I{CB}$，則該通道的 FET 會立即關閉。若在過流模式下，通道 FET 的內部溫度超過閾值，該通道也會關閉。此外，部分設備還提供過流跳閘定時器，當負載電流超過 $I_{TH}$ 時開始計時，達到預定時間后通道關閉。

（三）開啟時間控制

開啟時間電路能以線性受控速率提升輸出電壓，默認斜坡時間約為 1.5ms。通過在 dvdt 引腳添加外部電容，可以修改開啟時間。建議使用陶瓷或其他低泄漏電容，因為連接到 dvdt 引腳的電容值決定了 $t_{RAMP(On)}$ 開啟時間。

（四）使能控制

高電平有效的使能引腳為控制通道狀態提供了數字接口。當 ENx 引腳被外部電路拉低時，對應通道關閉；當 ENx 引腳被拉高或浮空時，通道開啟。在輸出端存在高電感的應用中，建議將 ENx 引腳拉高。不過，過流限制等保護電路的功能會優先于使能引腳的控制。

（五）故障指示

FAULT 引腳是一個開漏低電平有效引腳，用于向系統控制器發出任何通道發生過流事件的信號。當發生熱關斷或過流跳閘定時器超時事件時，FAULT 引腳會被拉低。故障清除后，該引腳會浮空或被外部上拉電阻拉高。若不需要使用該引腳，可將其懸空。

四、應用場景

（一）汽車領域

適用于汽車車身控制模塊、配電盒、汽車區域控制器以及汽車中低功率負載的保護等，能有效保障汽車電子系統的安全穩定運行。

（二）工業與電信領域

可用于 8V 至 60V 的工業設備以及電信設備中，為這些設備的負載和線束提供可靠的保護。

五、總結

onsemi 的 NIS3071 和 NIV3071 eFuse 憑借其多通道獨立控制、豐富的保護功能以及靈活的參數調整特性，為電子工程師在工業、電信和汽車等領域的設計提供了強大的支持。在實際應用中，工程師需要根據具體的設計需求，合理選擇引腳連接、設置參數，并注意其工作條件和保護機制，以確保設備的穩定運行和可靠性。大家在使用過程中有沒有遇到過類似 eFuse 的應用難題呢？歡迎在評論區分享交流。