Mit dem Einzug des 48-V-Bordnetzes und des 48-V-Standards in mild-hybriden Fahrzeugen erfordert auch der Schutz vor Überströmen oder Kurzschlüssen eine Neubewertung. Denn um den beim Schalten des Schutzrelais entstehenden Lichtbogen zu löschen, ist bei 48 V Netzspannung ein größerer Abstand zwischen den Relaiskontakten notwendig als bei 12 V. Das führt zu einem verzögerten Ausschalten und einer schnelleren Abnutzung der Kontakte.
Deshalb werden herkömmliche 48-V-Relais durch eFuses ersetzt. Diese basieren auf Halbleitern und haben keine Kontakte, die sich durch das Schalten abnutzen. Das führt zu einer längeren Lebensdauer. Zudem sorgen ihr schnelleres Schaltverhalten, ihre Diagnosefähigkeiten und ihre geringeren Toleranzen für deutlich mehr Sicherheit.
Vishay hat jetzt eine smarte eFuse entwickelt, die bis zu 200 A bei 48 V dauerhaft schalten kann. Der maximale Strom ist zwischen 1 und 200 A einstellbar. Wird der eingestellte Wert überschritten, schaltet die eFuse innerhalb von 1 µs. Im Gegensatz zu einer klassischen Schmelzsicherung ist die eFuse zurücksetzbar, braucht also nach dem Auslösen nicht ausgetauscht werden.
Selbst bei einer Schaltleistung von 200 A ist ihre Verlustleistung nicht höher als 14 W. Dadurch reicht bis zu einer Umgebungstemperatur von 100 °C eine passive Kühlung aus. Nur bei höheren Umgebungstemperaturen ist eine aktive Kühlung erforderlich.
Zweistufiges Einschaltverhalten
Die smarte eFuse arbeitet mit einem zweistufigen Einschaltverfahren. Zuerst erfolgt der Kurzschlusstest. Dabei wird ein Puls von 13 µs über einen in Reihe geschalteten Widerstand gegeben. Ist die Ausgangsspannung kleiner als 10 % der Eingangsspannung, wird von einem Kurzschluss ausgegangen und die eFuse schaltet wieder ab. Liegt die Ausgangsspannung jedoch über 10 % der Eingangsspannung, folgt die zweite Stufe, die Vorladung.
Damit beim Einschalten der eFuse kein zu hoher Strom aufgrund von kapazitiven Komponenten auf der Verbraucherseite entsteht, werden diese über einen Vorwiderstand vorgeladen, bis die Ausgangsspannung 85 % der Eingangsspannung entspricht. Ist dieser Wert erreicht, schaltet die eFuse ein.
Hauptkomponenten der smarten eFuse
Herzstück der smarten eFuse sind 20 N-Channel MOSFETs vom Typ SQJQ160E von Vishay. Sie basieren auf der aktuellen TrenchFET® Gen IV Technologie, die einen sehr niedrigen Rdson von 0,8 mOhm ermöglicht. Als bidirektionale MOSFETs verhindern sie den Stromrückfluss, wenn die eFuse ausgeschaltet ist. Sie besitzen ein kompaktes PowerPAK® 8 x 8L Gehäuse und arbeiten zuverlässig in einem Temperaturbereich von -55 °C bis +175 °C.
Durch die hohe Anzahl an parallel geschalteten MOSFETs mit einem Gesamt-Rdson von 0,3 mOhm wird eine sehr geringe Verlustleistung erzielt. Die MOSFETs erwärmen sich nur um maximal 65 °C über Umgebungstemperatur.
Der Strommesswiderstand WSLP3921L3000FEA von Vishay sorgt für eine exakte Strommessung bei minimaler Verlustleistung und gewährleistet so das sichere Abschalten der Sicherung. Seine AEC-Q200 Zertifizierung und eine 1-prozentige Genauigkeit bei einem Widerstand von 0,0003 Ohm qualifizieren den WSLP3921L3000FEA für sicherheitsrelevante Applikationen.
Zur erhöhten Sicherheit trägt auch die Temperaturüberwachung des Boards bei. Sie wird mit Vishays NTC-Thermistor NTCS0805E3103JMT realisiert. Auch er ist AEC-Q 200 zertifiziert und hat einen Widerstand von 10 kOhm bei einer Abweichungstoleranz von 5 %.
Die Komponenten befinden sich auf einer beidseitig bestückten FR4-Platine (Flame Retardant, flammenhemmend) mit Abmessungen von 125 mm x 60 mm. Steuerbar ist die smarte eFuse sowohl über Bedienelemente auf dem Board als auch über einen externen Mikrocontroller oder Schalter. Der Stromverbrauch des Boards beträgt 53 mA, wenn die eFuse sperrt und 95 mA im leitenden Zustand.
Mit diesen Merkmalen trägt die smarte eFuse von Vishay zu modernen Schaltungskonzepten bei und unterstützt so den Weg in die Entwicklung zukunftsweisender Fahrzeuge.
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![[Translate to German:] Vishay’s AEC-Q 200 certified NTC thermistor NTCS0805E3103JMT is used to monitor the board’s temperature.](/fileadmin/Newsletter/inxmail/NL/2023/Themennewsletter/NL_KW40_Artikelbild2.jpg "[Translate to German:]")
