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2020年04月13日 | 从Model 3的FBCM来看E-Fuse的使用和发展
2020-04-13 来源：《汽车电子瞭望台》
引言：有一位朋友在知识星球里面问了有关 E-Fuse 的问题，和雁英之前是讨论过 E-Fuse 的发展的，随着传统的 Fuse Box 逐渐被不同芯片 Supplier 的 E-fuse，Relay 逐渐被 E-Switch 所代替，我们在未来的 12V 配电管理上将会逐渐使用这种 E-Fuse，这也是集中化配电系统慢慢转化为基于 Zone Gateway 的配电模式，这个事情是深以为然的。以整个电动汽车的动力总成而言，在电机驱动器、电池系统和充电相关部件里面，是需要就近整合出来一个 Zone 控制器来把相关的部件给链接起来，往里面分电和配电是非常有价值的事情。
01 Model 3 的 FBCM
特斯拉 Model 3 的功能中，FBCM 叫（Power Distribution, E-Fuse VCFront），这个电源分配实际上和 LBCM、RBCM 进行分配，它在这里面使用了 HSD 高边开关配合采样逻辑完成电源的保护功能
图 1 特斯拉在 VC Front 里面的电源分配
从这里开始，就把 Model S/X 的熔丝配电盒给优化掉了，通过 HSD 的逻辑控制，在 VC Front 里面做分配然后在另外两个做细化。足够多的 Power Mosfet+采样电流逻辑实现了我们预想的 E-fuse 的功能。
备注：第二部分会说的，其实我们希望 eFuse 自己读取电流内部实现控制是不一样的
图 2 这个配电的做法使用开关一级级分配
主分电的 MOSFET，采用了安森美的 NVMFS5C426N，N 沟道单通道 40V 235A，1.3 毫欧，数量是 56 颗。在 LBCM 里面用了 16 颗的 NVMFS5C426N，RBCM 用了一颗。其他还有 NVMFS5C410NL6 颗。
图 3 VC Front 的实物图
客观来说，这种分配方式，有点像我们预期在未来的根据区域分配的模式。这里的核心缺陷，还是本身的 e Fuse 是不需要 MCU 介入进行操作的，也就是上面的 HSD 还需要 MCU 贡献出相当的诊断和控制，如果 MCU 出问题+外部短路故障同时发生，这个芯片就要进入热中断的模式，搞不好直接烧掉了。
图 4 各个 Zone 的 Gateway 实现通信、分配电的模式
02 E-fuse 和高压管理
如下图所示，这个和我们之前所说的爆炸熔丝的触发逻辑是相似的，通过使用 MOSFET 开关+控制逻辑，通过两个电流检测单元反馈以后，可以实现没有外部电路的控制。这种设计的好处主要包括：
图 5 E Fuse 的原理
1） 这种设计融合了开关和熔丝的能力，某种意义上在小电流范围内可以提供很好的保护
2） 可恢复的，可实现熔丝更换的难题，达到免维护的效果 3） 可以根据电阻网络来调整熔断保护随时间的能力，这样的设计在未来分电的东西比较多，需要高安全等级的设计中是非常有利的
图 6 12V 熔丝和线的匹配存在一定的难题
4） 具备反向电流和反极性保护，可以使得 12V 电源上更干净，降低整体 ECU 防护的成本
5） 可以做成电源分级（一级和二级配电模式），对于未来的自动驾驶高电源要求来说可以做成很舒服的电源网络 缺点：可用性，其实目前根据主要的能量产大规模使用的 E-Fuse，其实还没有，根据这份资料来看，大部分都是在 2021 年左右 SOP，主要的厂家都提供了工程样品。
图 7 目前能用的 E-Fuse
小结：下篇文章，我们重点来解析一下这些芯片供应商的一些构想设计观点，还是非常有价值的。短期内我们没办法使用很好的 e Fuse 来完善我们的设计，按照特斯拉的做法我们也要付出相当的代价才能兼容目前的电源和线束保护，不过基本上到 2022 年左右，都需要准备好在高端车型上做导入和切换了。
史海拾趣
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