Merancang Sirkuit yang Lebih Aman: Cara Memilih eFuse yang Ideal

Bahkan sekering yang sederhana pun tidak bisa lepas dari kemajuan karena pendekatan kawat-dalam-kartrid-kaca yang sederhana memberi jalan kepada sekering elektronik cerdas (eFuses) yang menawarkan lebih banyak kemampuan dan kecanggihan.

Meskipun banyak yang telah berubah, dasar-dasarnya tetap sama - semua sekering adalah perangkat proteksi yang melindungi sirkuit dari situasi arus berlebih, apakah itu ratusan ampere, atau beberapa miliampere. Perlindungan biasanya memerlukan pemutusan sirkuit dari sumber listrik. Dengan sekering tradisional, ini berarti kabel sekering yang tidak terpisahkan akan meleleh, sehingga memerlukan penggantian sekering secara fisik. Dengan eFuse, pemutusan hubungan difasilitasi dengan sakelar semikonduktor yang memungkinkan perangkat diatur ulang - seringkali secara otomatis.

Jelajahi perangkat proteksi arus onsemi: Perlindungan Saat Ini

Hanya kabel dalam sekering konvensional yang menentukan bagaimana ia memutus beban (alias “meniup”) sementara eFuses dapat memodifikasi karakteristik ini, paling sering melalui penerapan resistor eksternal ke pin khusus. Namun, untuk memahami cara eFuses “meledak” perlu mempertimbangkan lebih dari sekadar arus yang melewati perangkat.

Langkah pertama adalah memahami karakteristik termal eFuse karena ini dapat bervariasi secara signifikan. Dengan arus tinggi yang terlibat, tekanan termal adalah mode kegagalan yang umum terjadi pada banyak sistem - dan menjadi lebih umum seiring dengan berkurangnya geometri perangkat.

Performa termal perangkat apa pun (termasuk eFuses) terkait dengan ukuran dan konstruksi fisik. Pada sebagian besar desain, terdapat sejumlah lapisan antara sambungan semikonduktor dan udara sekitar dan “tangga termal” inilah yang harus dilalui energi panas untuk dibuang.

Memindahkan panas membutuhkan waktu, sehingga energi panas yang terkait dengan pulsa pendek akan tetap berada di dalam perangkat. Pada banyak eFuse (tergantung pada kapasitansi termal), sebagian energi panas dari pulsa yang lebih panjang dari 10 ms akan mencapai kemasan dan mulai menghilang ke udara sekitar atau PCB tempat perangkat dipasang.

Menganalisis arus pada kondisi tunak akan memungkinkan R_{DS (AKTIF)} dari eFuse yang akan ditentukan berdasarkan impedansi termal (ºC/W), suhu lingkungan, dan suhu sambungan maksimum. Dari sini, perancang akan dapat menghitung batas operasi untuk perangkat tertentu.

Berikutnya, performa dinamis dinilai dengan menerapkan pulsa arus tinggi dengan durasi yang bervariasi. Dari sini, dimungkinkan untuk menyimpulkan (dan memplot) impedansi termal terhadap durasi pulsa.

Secara umum, impedansi termal akan lebih rendah untuk pulsa yang lebih pendek dan parameter seperti R_{DS (AKTIF)} dan ukuran die akan menentukan bentuk kurva impedansi untuk pulsa yang lebih pendek ini. Untuk pulsa yang lebih panjang (di mana energi panas memiliki waktu untuk merambat melalui perangkat), PCB akan memiliki dampak yang lebih besar. Atribut seperti lebih banyak lapisan dan tembaga yang lebih berat serta fitur seperti bantalan termal akan mengubah bentuk kurva.

Meskipun metode karakterisasi konsisten, metode ini harus dilakukan berdasarkan aplikasi per aplikasi untuk memperhitungkan faktor variabel (seperti PCB). Hanya dengan melakukan hal ini dan memiliki pemahaman yang jelas tentang amplitudo dan durasi pulsa saat ini, maka eFuse yang tepat dapat ditentukan untuk aplikasi tertentu.

Meskipun karakterisasi ini berguna, untuk penggunaan praktis, kurva impedansi vs waktu perlu dibalik untuk memberikan arus vs waktu. Untuk melakukan hal ini, RDS (ON) dan ∆t (perubahan yang dapat diterima dalam suhu die) harus diketahui.

Dari kurva ini, durasi maksimum pulsa untuk kenaikan suhu persimpangan (Tj) dapat ditentukan dengan cepat dan mudah. Tentu saja, praktik desain yang baik menentukan bahwa beberapa margin keamanan harus diizinkan dan ini ditentukan berdasarkan kasus per kasus untuk setiap aplikasi.

Pertimbangan terakhir adalah untuk melihat kabel apa pun yang membawa arus yang akan melewati eFuse. Parameter yang digunakan adalah “arus kuadrat x waktu” atau I2t. Untuk sekering tradisional, ini biasanya didefinisikan sebagai nilai konstan, bersama dengan arus sekering nominal.

Namun, pendekatan garis lurus ini secara artifisial membatasi kinerja karena rangkaian kabel mampu bertahan lebih lama ketika arus lebih rendah. Karena alasan ini, dalam eFuse, titik perjalanan biasanya akan mengikuti kurva, sehingga memungkinkan lebih banyak kemampuan sistem yang dapat digunakan.

Dengan mengambil pendekatan kurva ini akan memungkinkan elemen sistem berukuran tepat untuk kinerja yang diperlukan dan akan menghemat ruang, berat, dan biaya.