解析 onsemi NIS3071 4 通道 eFuse：功能特性与应用指南

在电子设计领域，保护下游负载免受输出短路、过载和过流事件的影响至关重要。onsemi 的 NIS3071 4 通道 eFuse 就是这样一款出色的保护器件，下面我们来详细了解它的特性、应用以及相关设计要点。

文件下载：NIS3071-D.PDF

一、NIS3071 概述

NIS3071 是一款 4 通道、60V、每通道 2.5A 的 eFuse，采用高端配置，每个通道可通过相应的使能引脚独立控制。它通过一个公共的低电平有效故障引脚来传达状态信息。此外，NIS3071 还具有内部软启动延迟、跳闸时间控制以及所有通道通用的可调电流限制设置等特性。值得一提的是，NIV3071 是 NIS3071 的汽车级、AEC - Q100 合格的引脚对引脚等效产品。

二、产品特性

1. 多通道独立控制

NIS3071 拥有 4 个独立通道，每个通道的电流能力为 2.5A，能够满足多种负载的需求。并且每个通道的功率器件都具备热保护功能，提高了系统的可靠性。

2. 无需外部电流分流器

该 eFuse 无需外部电流分流器，简化了电路设计，降低了成本和电路板空间占用。

3. 数字使能引脚

采用高电平有效的数字使能引脚，方便与其他数字电路进行接口，实现对通道的灵活控制。

4. 故障指示

通过开漏公共故障引脚，能够及时向系统控制器发出过流事件信号，便于系统做出相应的保护动作。

5. 可调参数

所有通道的过流限制和开启时间均可调，工程师可以根据具体应用需求进行灵活配置。

6. 环保设计

这些器件为无铅产品，符合 RoHS 标准，满足环保要求。

三、典型应用场景

1. 电源分配箱

在电源分配箱中，NIS3071 可以对各个负载进行有效的保护，防止过流和短路对系统造成损害。

2. 负载/线束保护

为负载和线束提供可靠的过流保护，确保其正常运行。

3. 通用高端负载开关

作为通用的高端负载开关，可用于各种电路中，实现对负载的通断控制。

4. 功率放大器保护

保护功率放大器免受过流和短路的影响，延长其使用寿命。

5. 电机驱动保护

在电机驱动电路中，防止电机过载和短路，保障电机的安全运行。

6. 电信设备

适用于 8V 至 60V 的工业电信设备，为其提供稳定的电源保护。

四、引脚功能与参数

1. 引脚功能

NIS3071 共有 16 个引脚，各引脚功能明确。例如，1 - 4 引脚分别对应通道 1 和通道 2 的输入输出电压；5 引脚为故障引脚；6 引脚用于开启时间/浪涌电流控制；7 引脚用于设置所有通道的电流限制等。

2. 绝对最大额定值和热额定值

• 输入电压范围为 - 0.3V 至 60V，绝对最大瞬态电压为 65V。
• 使能引脚的最大直流电压为 - 0.3V 至 6V。
• 热阻方面，结到空气的热阻根据不同条件有所不同，结到引脚的热阻为 0.5°C/W。
• 工作结温范围为 - 40°C 至 150°C，非工作结温范围为 - 50°C 至 155°C。
• 焊接时引脚温度在 10 秒内不得超过 260°C。
• ESD 人体模型为 2.0kV，ESD 充电设备模型为 1.0kV。

  3. 电气特性

  在特定测试条件下（如 (V{IN}=48V)，(C{IN}=100mu F)，(C{OUT}=100mu F) 等），各通道的导通电阻、连续电流、关态泄漏电流等参数都有明确的数值。例如，在 (T{J}=25^{circ}C) 时，每通道的导通电阻典型值为 80mΩ；在 (T_{J}=150^{circ}C) 时，典型值为 135mΩ。

五、工作原理与保护机制

1. 基本操作

当输入电压施加到任何 INx 引脚时，设备会根据控制电路的限制将输入电压施加到连接到 OUTx 引脚的负载上。各通道可以独立工作，也可以通过并联通道来获得更高的总输出电流。当某个通道不使用时，将 INx 和 ENx 引脚接地即可。只要通道 FET 的温度不超过芯片编程的 175°C 限制，该通道就会保持开启状态。

2. 过流保护

过流保护电路会监控负载电流，只要电流在由 (I{TH}) 和 (I{CB}) 定义的允许过流范围内，负载就可以正常吸取电流。(I{TH}) 是由 (R{LIM}) 电阻设置的过流限制，(I{CB}) 是电路断路器电平，为 (I{TH}) 的 2 倍。当负载电流超过 (I{CB}) 电平时，相应通道的 FET 会关闭；如果在过流模式下，通道 FET 的内部温度超过阈值，该通道也会关闭。部分设备选项还提供过流跳闸定时器，当负载电流超过 (I{TH}) 电平后开始计时，达到预定时间后通道关闭。

3. 开启时间控制

开启时间电路以线性受控速率提升输出电压，以限制峰值浪涌电流。默认斜坡时间约为 1.5ms，可以通过在 dvdt 引脚添加外部电容器来修改该时间。

4. 使能控制

高电平有效的使能引脚提供数字接口来控制通道状态。当 ENx 引脚被外部电路拉低时，相应通道关闭；当 ENx 引脚被拉高或浮空时，通道开启。在输出具有高电感的应用中，建议将 ENx 引脚拉高。保护电路（如过流限制功能）会优先于使能引脚的功能。

5. 故障指示

FAULT 引脚是一个开漏低电平有效引脚，用于向系统控制器发出任何通道上的过流事件信号。当发生热关断或过流跳闸定时器超时事件时，FAULT 引脚会被拉低；故障清除后，引脚会浮空或被外部上拉电阻拉高。如果不使用该引脚，可以不连接。

6. 热保护

NIS3071 系列设备为每个通道配备了独立的内部温度传感电路，用于检测芯片上功率 FET 的温度。当任何通道的 FET 温度达到 175°C 时，该通道会关闭，其他通道继续正常运行。当通道 FET 温度降低 27°C 后，禁用的通道会自动开启（自动重试版本），而锁存版本需要手动复位。不过，在正常工作条件下，不建议在超过 150°C 的温度下运行该设备。

7. 瞬态保护

在发生短路或过流故障时，设备会变成开路以中断电流流动。如果系统中存在电感，特别是在 eFuse 的输入或输出引脚处，可能会产生超过数据手册最大电压额定值的瞬态电压。为了维持数据手册的绝对最大电压额定值，可以在输入和地引脚之间放置瞬态电压抑制器（TVS），在输出和地引脚之间放置肖特基二极管，同时也可以使用电容器来吸收瞬态电压。

六、订购信息

NIS3071 有多种型号可供选择，不同型号的关机版本和封装可能有所不同。例如，NIS3071MT3TWG 为锁存版本，采用 WQFN16 5x6mm 无铅封装，每卷 5000 个；NIS3071MT4TWG 为自动重试版本，同样采用 WQFN16 5x6mm 无铅封装，每卷 5000 个。

七、总结

NIS3071 4 通道 eFuse 以其丰富的功能特性和广泛的应用场景，为电子工程师在设计电源保护电路时提供了一个可靠的选择。通过合理利用其可调参数和保护机制，可以有效地保护下游负载，提高系统的稳定性和可靠性。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并注意相关的参数和设计要点，以确保电路的正常运行。你在使用类似 eFuse 器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。