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意法半导体智能断路器开发首选SCR：超小尺寸，支持750V浪涌峰压

Release time：2023-11-23

author：AMEYA360

source：网络

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　　X0115ML是ST为接地故障断路器（GFCI）和电弧故障断路器（AFCI）设计的首款断态浪涌峰值电压750V的紧凑型可控硅整流器（SCR），SOT23-3L微型封装（2.75mm x 3.10mm），可能是当今市场上最小的晶闸管，工程师可以节约很大的电路板空间，同时让工业应用具有600V的断态重复峰值电压。此外，1.1mm的爬电距离满足UL 840规范的120V AC无涂层绝缘要求。

　　为什么要设计工业GFCI和AFCI？

　　关系生命安全的设计

意法半导体智能断路器开发首选SCR：超小尺寸，支持750V浪涌峰压

　　▲断路器

　　根据美国劳工统计局2021年致死工伤调查（在册最新一年的数据），因接触有害物质或环境致死的798人中，触电是第二大死因（152人），仅次于接触有害物质（551人）致死。简而言之，触电伤亡是工厂工人和在工业环境中工作的工人面临的一个真实风险，尤其是在有水的情况下，风险程度非常高，即使是 10mA的“小”电流也能引起严重的休克，而50mA足以引起肌肉收缩，使心脏骤停或引起呼吸窘迫。

　　预防触电

　　为了保护人们用电安全，美国国家电气法规开始要求在住宅设备中使用GFCI断路器，并于2000年出台了高压工业环境（480V至600V）法规。大多数人都熟悉断路器中的传统的GFCI。该系统监视火线和零线的电流，以确定从插座流出的电流是否返回地线。如果两条电线的电流相等，则一切正常。如果存在差异，系统就会认为电流向其他地方，例如，流经触电的人体。在这种情况下，GFCI就会使火线和零线之间的电路跳闸，中断电流。

　　预防电气火灾

　　另一方面，AFCI监测电弧形状和电弧幅度，检测危险情况，防止发生电气火灾。因此，AFCI的电子设计比GFCI更加复杂。电弧故障可能是由电线松动或过热或电流流过意外物体引起的。所有这些事件都会产生高强度和大规模的温度激增，如果不加以控制，将会引发电气火灾。腐蚀或液体也会导致电弧故障，在工业环境中，这可能造成严重后果。

　　让工厂变得更智能

　　除了此类产品适用的国家法规之外，制造商还设计更智能的GFCI和AFC，将其连接到云端，收集更多的用电数据，实现自动化操作。当想要简化设备维护时，断路器远程重置是一个非常有用的功能。然而，这些功能需要更多的电子元器件，例如，微控制器、射频收发器、传感器等。因此，新的GFCI和AFCI必须封装更多的组件，但是电路板尺寸必须保持不变，这意味着工程师必须寻找更小的组件，才能提高总体设计密度。然而，考虑到产品的关键特性，他们不能为了更小的封装而牺牲器件性能及稳定可靠性。

　　X0115ML，在工业GFCI或AFCI中集成可控硅整流器，需要注意些什么？

　　栅极触发电流

意法半导体智能断路器开发首选SCR：超小尺寸，支持750V浪涌峰压

　　▲X0115ML的标记符号

　　SCR是GFCI或AFCI的核心组件，栅极灵敏度是许多人关注的SCR的第一个技术特性。过去，工业环境中的设备不能太灵敏，否则会导致误跳闸，保护设备会认为存在故障，而实际上并没有故障。究其原因，随着设备使用的功率显著增加，正常电流变化明显高于住宅用设备。X0115ML的栅极触发电流范围是30?A至150?A，灵敏度足以适合各类应用，同时仍然符合工业环境标准。

　　浪涌峰值电压

　　另一个关键指标是断态浪涌峰值电压，这是决定晶闸管鲁棒性的关键指标。事实上，为了达到预期效果，尤其是在工业环境中，SCR必须能够应对非常高的尖峰电压。传统上，大功率系统器件的断态浪涌峰值电压是700V，而X0115ML则升至750V。因此，工程师可以享受更大的电压安全裕量，并可以在更多设备中使用ST器件。此外，我们还提供了更强的EMI保护措施，以提高其在使用寿命内的鲁棒性。

　　封装尺寸与整体尺寸

　　最后，随着智能电路中断器市场激增，对电子元器件的需求日益提高，尺寸成为一个越来越重要的衡量指标。通常，工业GFCI和AFCI用SCR采用SOT-223封装。因此，通过改用SOT-23-3L封装，我们可以将器件整体占板面积减少到标准封装的五分之一，而不会影响性能或UL 840要求。X0115ML甚至比X0115MUF还要小，后者具有相同的栅极触发电流和直接浪涌电压，不同的是采用5.6mm x 3.05mm的SMBflat-3L封装。

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行业新闻

意法半导体全新一代主动保险丝熔断驱动器——L9965P

　　L9965P产品背景　　随着汽车电子电气架构向智能化和安全化方向的不断发展，传统熔断器的局限性日益凸显：无法通过软件实现精准控制，也无法根据故障类型精确判断断路时机。此外，随着主机厂平台化设计逐渐成为主流，传统熔断器难以根据不同车型预设过流阈值，无法满足平台化应用的需求。因此，为了解决上述客户使用中的痛点，熔断器厂商开发了智能可控的Pyro-Fuse(主动式熔断器)，现已被广泛应用。　　与此同时，新能源汽车在续航里程和补能效率上的激烈竞争，推动了更高容量、更高电压电池包的应用，这对动力电池管理系统的安全性提出了更高要求。然而，传统熔断器以及基于高低边驱动的主动保险丝系统已难以满足日益严格的功能安全要求。　　在此背景下，Pyro-Fuse驱动器L9965P应运而生，凭借其卓越性能，已广泛应用于国内主机厂及Tier1的相关项目中，为车辆安全提供了更加可靠的保障。　　L9965P的主要应用场景举例　　BMS(电池管理系统)　　▲L9965P在BMS系统中的应用　　电池包过流场景：　　在电池系统发生过流或短路故障时，Pyro-Fuse能够根据BMS的检测信号通过L9965P快速点爆，避免高电流对电池包和其他电气系统造成不可逆损伤。　　车辆碰撞场景：　　当车辆发生碰撞时，为有效预防可能引发的起火爆燃事故对人体造成的二次伤害，并保护电池包免受不可逆的损害，主动保险丝能够根据有效碰撞信号快速切断高压回路。对比传统被动保险丝，Pyro-Fuse解决了被动保险丝在碰撞下无法零电流切断的痛点。　　电驱动系统　　▲L9965P电驱动系统中的应用　　在新能源汽车中，主驱系统(包括电池、电机和电控系统)是整车动力输出的核心部分，其安全性和可靠性直接关系到车辆的性能和用户的安全。随着新能源汽车向高电压、大功率方向发展，主驱系统面临更高的安全挑战。Pyro-Fuse作为一种高效的电路保护装置，已逐渐成为主驱系统的重要一环，在故障工况下可以切断三相电机中的两相，防止次生灾害发生。　　以下是Pyro-Fuse在新能源汽车主驱系统中的应用举例：在四驱车型中，带有Pyro-Fuse的系统可以在某一电机(前或后驱)系统发生故障时进行断开操作，并继续保持平稳运行;在两驱车型中，带有Pyro-Fuse的系统可以在碰撞发生或驱动系统异常时，切断主驱回路，防止非预期二次伤害——如碰撞后，车轮惯性会带动电机旋转，产生不利的反电动势高压。　　面对以上工况，L9965P可以在主驱系统异常时继续自主工作，保证电机驱动回路被切断，避免造成进一步损害，提高主驱系统的安全冗余性能。　　L9965P产品性能概览　　❖ AEC-Q100车规级产品　　❖ 深度睡眠模式(极低功耗<10uA)　　❖ 支持三种唤醒模式　　❖ 内部集成Boost升压模块用于外部储能电容充电，升压值可配　　❖ 硬件信号FENL、FENH兼容PWM模式(频率16kHz和125kHz可配)及高/低电平模式;软件信号支持SPI(24bit)独立点爆　　❖ 点爆路径支持请求和自动两种诊断方式　　❖ 最低工作电压支持6V　　❖ 可选的点爆配置——电流及持续时间，与LV-16和USCAR-28认证的高温保险丝相兼容　　❖ 内置NVM模块存储，支持诊断/点爆等信息存储，可实现无MCU运行　　❖ 可配置的连续点爆功能(Auto-retry)　　❖ 兼容配套L9965C等智能接线盒(BJB)高压采集芯片　　❖ 符合ISO26262开发流程，功能安全等级支持ASIL-D　　L9965P主要特点优势　　▲L9965P系统应用框图举例　　❖ 多种部署电流配置组合，匹配不同规格Pyro-Fuse的点爆要求　　❖ 内部集成Boost模块，有助减小储能电容容量需求，从而优化系统成本　　❖ 独立的软硬件点爆策略，满足系统的不同点爆需求。硬件点爆模式下电平或PWM模式可选，软件SPI点爆　　❖ 可选的多次自动点爆重试功能(Auto-retry)，提高点爆的安全冗余　　❖ 支持手动/自动诊断方式，确保点爆功能的正确实施，其中自动诊断可在无MCU时自主进行，实现不同故障的检测和判断　　❖ TQFP32和QFN32两种封装，符合优化面积的小型化设计　　意法半导体电池管理系统产品路线　　意法半导体拥有丰富的BMS系列产品，其功能包含有如：模拟前端采样芯片，高压采集智能接线盒芯片、通讯桥接芯片、以及主动保险丝驱动熔断器芯片，它们全面覆盖汽车级、工业级、高压应用及低压应用。汽车级L9963E、L9963T及工业级L99BM114、L99BM1T、L9961目前已在市场中大批量产，目前最新一代的车规级L9965系列产品也已全部量产面市。在未来规划中，意法半导体将进一步加强BMS领域的投入，致力于更加多样化的产品路线拓展，如多串数模拟前端采样芯片并集成电化学阻抗图谱检测功能、48V锂电应用等。

2025-06-16 10:05 reading：496

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