中心議題：

• 熔斷器的基本原理
• 熔斷器在車身控製模塊中的安裝位置
• 不讓汽車自燃或提供更多保修故障的解決方案

解決方案：

• 仿真熔斷器I²-t特性的智能電路保護

在今天的車身控製模塊（BCM）設(she)計(ji)中(zhong)，有(you)見(jian)識(shi)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)機(ji)都(dou)盡(jin)可(ke)能(neng)不(bu)再(zai)使(shi)用(yong)機(ji)電(dian)式(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)。他(ta)們(men)的(de)下(xia)一(yi)個(ge)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)是(shi)停(ting)用(yong)熔(rong)斷(duan)器(qi)。但(dan)是(shi)，停(ting)用(yong)熔(rong)斷(duan)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)嗎(ma)
？是(shi)一(yi)個(ge)用(yong)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)取(qu)代(dai)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)而(er)且(qie)高(gao)效(xiao)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)嗎(ma)
？  

今天的 BCM由大量的固態開關和熔斷器組成。某些 BCM有多達8-12個蓄電池饋路，為60-80個負載提供電源，每個電池饋路都裝有熔斷器，這就是說
，BCM負載(車燈、門鎖等)是(shi)由(you)驅(qu)動(dong)器(qi)組(zu)驅(qu)動(dong)的(de)，每(mei)個(ge)驅(qu)動(dong)器(qi)都(dou)有(you)一(yi)個(ge)熔(rong)斷(duan)器(qi)。為(wei)了(le)安(an)全(quan)起(qi)見(jian)，或(huo)隻(zhi)是(shi)因(yin)為(wei)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)太(tai)大(da)，無(wu)法(fa)均(jun)衡(heng)分(fen)配(pei)，有(you)些(xie)負(fu)載(zai)需(xu)要(yao)單(dan)獨(du)配(pei)備(bei)熔(rong)斷(duan)器(qi)。據(ju)說(shuo)
，還(hai)有(you)些(xie) BCM隻有一個或兩個熔斷器。萬一輸出失效時，這些模塊依靠固態開關提供“熔斷”保護功能。  

熔斷器101

熔斷器從克魯馬努人時代開始流傳下來。與半導體元器件相比，熔斷器非常簡單
，幾乎不需要什麼製造工藝
，而且成本低廉……正是因為簡單
，熔斷器被設計成線束保險裝置

，以防短路時線束變成烤箱電纜。  

熔斷器的工作原則是一個簡單的I2Ryushijiandeguanxi。dianliuyueda
，rongduanhuokailushijianyueduan。rongduanqidegonghaoyutongguorongduanqidedianliudepingfangchengzhengbi。danggonghaoguogaoshi，rongduanqirongduan。zhegetexingtongyangshiyongyushourongduanqibaohudexianshu。dangrongduanqide“熔斷”特性與所保護的線束相似，隻是處理電流能力略低時
，熔斷器是一個理想的選擇。

圖1：I2-t 特性比較

安裝位置

關於熔斷器從BCM模塊凸出來的問題
，有點像房地業的三條規則：位置、位wei置zhi，還hai是shi位wei置zhi。如ru果guo模mo塊kuai有you凸tu出chu來lai的de熔rong斷duan器qi，模mo塊kuai就jiu必bi需xu放fang在zai車che主zhu能neng夠gou檢jian修xiu的de位wei置zhi。線xian束shu布bu線xian和he模mo塊kuai方fang向xiang，以yi及ji熔rong斷duan器qi必bi須xu放fang在zai模mo塊kuai的de什shen麼me地di方fang

，是shi令ling人ren頭tou疼teng的de問wen題ti。所suo有you這zhe些xie限xian製zhi和he保bao護hu功gong能neng增zeng加jia了le模mo塊kuai的de成cheng本ben和he製zhi造zao難nan題ti。下xia圖tu所suo示shi的de福fu特teBCM在CEM3上安裝一個靈活的電路板後
，才能把熔斷器置於模塊的“邊緣”。

圖2：在福特BCM內部的熔斷器連接端口陣列

汽車製造商在給這些BCM模塊/熔斷器單元尋找位置方麵具有相當高的創新力。我曾在儀表板和發動機蓋下和踏腳板內（前車門鉸接區的右側）看見過BCM模塊，甚至還在後座下麵看見過BCM模塊（我的車子就是這樣）。某些BCM裝有鉸鏈，可以從儀表板下麵拉出來，檢修比較方便。有些BCM則裝在擋板後麵，隻有查看用戶手冊（如果有）才能找到。我不隻一次趴在駕駛座椅上
，腳壓在的靠背上
，頭鑽到儀表板下，尋找那個失效的熔斷器。 

這還不算完
，你還要解開哪一個熔斷器號對哪一個功能的啞謎……熔斷器麵板除提供幾行編號外，沒有任何標記。真地像猜謎比賽，除了分值之外
，你不能告訴選手任何信息。如果再沒有用戶手冊
，BCM就像一個食品櫃，裏麵裝滿了撕去標簽的罐頭……你隻能分類排查，別無它法。你隻能不斷地猜測，直到找到失效的熔斷器號為止。 
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固態熔斷器可解決很多問題

熔斷器可能會因為沒有明顯原因而熔斷
，熔斷器的容錯能力非常差，哪怕是最輕微的短路都會熔斷（你曾經把硬幣掉到點煙器插座/電源插座嗎？）。當你最後發現硬幣並將其取出時
，熔斷器不會複位。 

如果BCM模塊上沒有熔斷器，安裝位置就不是這樣問題了。把BCM模塊安裝在後座下麵，不必鑽到儀表板下檢修BCM模塊，這對我來說就不再是一個太大的問題。因為熔斷器有這麼多的麻煩，難怪汽車廠商關注無熔斷器或熔斷器較少的BCM解決方案。

不讓汽車自燃或提供更多保修故障的解決方案

因此
，這種解決方案必須可靠
，在應用係統內性能優異
，幾乎沒有任何成本。

今jin天tian的de固gu態tai開kai關guan因yin為wei保bao護hu形xing式shi簡jian單dan，有you一yi點dian以yi自zi我wo為wei中zhong心xin。這zhe就jiu是shi說shuo，它ta們men更geng加jia關guan注zhu自zi我wo保bao護hu
，而er不bu是shi保bao護hu外wai圍wei元yuan器qi件jian。固gu態tai開kai關guan有you過guo熱re和he超chao負fu載zai保bao護hu電dian路lu，當dang因yin輸shu出chu短duan路lu而er限xian製zhi負fu載zai電dian流liu時shi
，這zhe種zhong元yuan器qi件jian是shi最zui佳jia的de選xuan擇ze。因yin此ci
，用yong固gu態tai開kai關guan替ti代dai熔rong斷duan器qi有you時shi候hou並bing不bu是shi最zui佳jia的de選xuan擇ze。

像硬短路一樣的短路事件比較容易保護，例如，受驅動器限製的負載電流。在這種情況下，功耗不是I2R的(de)結(jie)果(guo)
，而(er)是(shi)驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)與(yu)相(xiang)應(ying)的(de)限(xian)流(liu)的(de)結(jie)果(guo)。這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)高(gao)功(gong)耗(hao)事(shi)件(jian)
，大(da)部(bu)分(fen)功(gong)耗(hao)發(fa)生(sheng)在(zai)智(zhi)能(neng)開(kai)關(guan)上(shang)而(er)不(bu)是(shi)線(xian)束(shu)上(shang)。因(yin)此(ci)
，開(kai)關(guan)的(de)溫(wen)度(du)迅(xun)速(su)升(sheng)高(gao)
，激(ji)活(huo)過(guo)熱(re)關(guan)斷(duan)功(gong)能(neng)，從(cong)而(er)保(bao)護(hu)相(xiang)關(guan)的(de)線(xian)束(shu)。

車身模塊中的大多數負載是燈泡。燈泡有一個很難處理的特性：湧yong流liu
，我wo們men了le解jie並bing喜xi歡huan這zhe個ge特te性xing。湧yong流liu要yao求qiu強qiang迫po固gu態tai開kai關guan的de限xian流liu值zhi遠yuan遠yuan高gao於yu穩wen定ding狀zhuang態tai開kai關guan操cao作zuo所suo需xu的de限xian流liu值zhi。我wo所suo說shuo的de一yi切qie都dou是shi為wei了le說shuo明ming：dangmeiyoufashengyanzhongdeyingduanlushijianshi，zhexiegaoyongliudeyuanqijianzhunxuyichanggaodewentaidianliuzaixianshuneiliudong，zhejiushigutaikaiguanbaohuziwoerbubaohusuozaixitongdeqingkuang。zheshi，dianliuqiangduhaibuzuyijihuokaiguanxianliugongneng

，danshizuyishaohuixianshuhuodianluban。

在圖3的示例中有一個點，智能開關 (VN5010)將繼續前行，而電線將開始自毀（紅線在藍色虛線上方）。如ru果guo這zhe種zhong情qing況kuang是shi真zhen實shi的de，甚shen至zhi連lian電dian路lu板ban都dou可ke能neng會hui自zi毀hui。現xian在zai考kao慮lv到dao湧yong流liu要yao求qiu很hen可ke能neng更geng加jia嚴yan格ge，我wo們men開kai始shi意yi識shi到dao有you必bi要yao開kai發fa一yi個ge能neng夠gou仿fang真zhen熔rong斷duan器qi特te性xing的de保bao護hu算suan法fa。

在用一個“大熔斷器”保護多個上橋臂驅動負載的應用中，有些問題需要考慮。在這些應用中，“大熔斷器”的電流處理功能可能高於任何一條被保護的線束。因此，當一條電線上出現“軟短路”時

，如果上橋臂驅動器十分強健
，能夠處理更高的短路電流和熔斷保護功能
，那麼線束或電路板可能會自毀。

圖4：當智能開關隻能自我保護時的後果

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該解決方案是實現一個能夠仿真熔斷器的I2-t特性的智能電路保護算法。這個概念可轉化為“曲線下麵積”。在下圖(圖 5)中，曲線下麵積(A區)是保護算法的I2-t界限內。Bqusuoshishizaiyiduanshijianneidehengdingchaofuzaitiaojian，qizhong，chaofuzaidianliuxiaoyuzhinengkaiguandexianliuzhi。zaizhegetuzhong，dangxianliuzhichaoguoquxianshi，zhinengkaiguanbuhuibeibisuo。dangB區突破A區時，器件閉鎖。 這個原則適用於超負載在開關激活後存在很長時間的狀況。

圖5：超負載與功率限製區比較

可能存在一種特殊的瞬間過流狀況：瞬間過流超出曲線與A區交接的界限，但是“曲線下麵積”不足以產生錯誤開關條件。在下圖中(圖6)
，這個錯誤是很嚴重的，但是因為時長太短
，不足以產生錯誤開關條件。

 圖6：瞬間錯誤不會產生錯誤關斷狀況

zhezhongbaohusuanfazhunxuchuseduogeyongliu，tongshibuhuiqiangzhixitongchulibizhengchanggaochuhenduodewentaidianliu。yinci，zhezhongsuanfatigongyigeqiangjiandebaohugongneng，jikeyibaohukaiguanbenshen

，youkeyibaohubeikaiguanqudongdexianshu。zaijiashangqitadeanquanjizhi，runeizhidekanmengouhejihuogongneng
，zhegeyijinghenanquandejiejuefanganjianghuibiandegengjiaanquan。

利用一個升降序計數器，可以在芯片上實現這個算法
，控製該升降序計數器的是流經開關的電流的平方(圖 7)。

圖7： i-t 限製控製環路

計(ji)數(shu)器(qi)的(de)方(fang)向(xiang)由(you)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)確(que)定(ding)。當(dang)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)高(gao)於(yu)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)閾(yu)值(zhi)時(shi)
，計(ji)數(shu)器(qi)升(sheng)序(xu)計(ji)數(shu)
，速(su)率(lv)與(yu)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)和(he)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)的(de)差(cha)的(de)平(ping)方(fang)成(cheng)正(zheng)比(bi)。當(dang)檢(jian)測(ce)電(dian)流(liu)低(di)於(yu)參(can)考(kao)電(dian)流(liu)閾(yu)值(zhi)時(shi)
，計(ji)數(shu)器(qi)以(yi)固(gu)定(ding)值(zhi)降(jiang)序(xu)計(ji)數(shu)。固(gu)定(ding)降(jiang)序(xu)計(ji)數(shu)值(zhi)的(de)設(she)定(ding)目(mu)的(de)是(shi)更(geng)好(hao)地(di)估(gu)算(suan)熔(rong)斷(duan)器(qi)的(de)散(san)熱(re)性(xing)。
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這個閾值湧流要比電線的電流處理能力略低（如圖3所示，小於14A DC)。計ji數shu器qi一yi旦dan達da到dao某mou一yi個ge預yu設she值zhi後hou
，輸shu出chu就jiu會hui被bei立li即ji關guan斷duan。因yin為wei這zhe種zhong算suan法fa是shi利li用yong熔rong斷duan器qi型xing的de特te性xing保bao護hu電dian線xian，所suo以yi直zhi到dao微wei控kong製zhi器qi重zhong新xin初chu始shi化hua，將jiang輸shu出chu重zhong新xin導dao通tong之zhi前qian，驅qu動dong器qi始shi終zhong保bao持chi關guan斷duan狀zhuang態tai。  

圖8：采用保護算法的外推i2-t曲線與電線和熔斷器比較

實現這種保護方法的智能開關係列產品的應用
，可降低給定車身電子模塊的線束成本，限製熔斷器的數量，同時提高可靠性和安全性。

當一次短路輸出最終燒毀了她的BCM時
，車廂內充滿了刺鼻的燒焦味
，如圖4電路板所示，該車的車主買了一輛新車，有同樣遭遇的車主不是很少。彌補一輛價值3000meiyuandeqichedezhihuansunshixuyaohenduogemokuai。mokuaidedanjiabijiaoanggui，dijiabuyibeijieshou。congchangyuankan，duohuayidianqianzengjiazhezhongbaohuzhuangzhishiwuyousuozhide。