車身控制模塊中的失效保護方法

像硬短路一樣的短路事件比較容易保護，例如，受驅動器限制的負載電流。在這種情況下，功耗不是I2R的結果，而是驅動器上的電壓降與相應的限流的結果。這是一個高功耗事件，大部分功耗發生在智能開關上而不是線束上。因此，開關的溫度迅速升高，激活過熱關斷功能，從而保護相關的線束。

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：涌流，我們了解并喜歡這個特性。涌流要求強迫固態開關的限流值遠遠高于穩定狀態開關操作所需的限流值。我所說的一切都是為了說明：當沒有發生嚴重的硬短路事件時，這些高涌流的元器件準許異常高的穩態電流在線束內流動，這就是固態開關保護自我而不保護所在系統的情況。這時，電流強度還不足以激活開關限流功能，但是足以燒毀線束或電路板。

在圖5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）。如果這種情況是真實的，甚至連電路板都可能會自毀。現在考慮到涌流要求很可能更加嚴格，我們開始意識到有必要開發一個能夠仿真熔斷器特性的保護算法。

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于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，那么線束或電路板可能會自毀。

圖6：當智能開關只能自我保護時的后果

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“曲線下面積”。在下圖(圖 7)中，曲線下面積(A區)是保護算法的I2-t界限內。B區所示是在一段時間內的恒定超負載條件，其中，超負載電流小于智能開關的限流值。在這個圖中，當限流值超過曲線時，智能開關不會被閉鎖。當B區突破A區時，器件閉鎖。這個原則適用于超負載在開關激活后存在很長時間的狀況。

圖7：超負載與功率限制區比較

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“曲線下面積”不足以產生錯誤開關條件。在下圖中(圖8)，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8：瞬間錯誤不會產生錯誤關斷狀況

這種保護算法準許出色多個涌流，同時不會強制系統處理比正常高出很多的穩態電流。因此，這種算法提供一個強健的保護功能，既可以保護開關本身，又可以保護被開關驅動的線束。再加上其它的安全機制，如內置的看門狗和激活功能，這個已經很安全的解決方案將會變得更加安全。

利用一個升降序計數器，可以在芯片上實現這個算法，控制該升降序計數器的是流經開關的電流的平方(圖 9)。

圖9： i-t 限制控制環路

計數器的方向由參考電流確定。當檢測電流高于參考電流閾值時，計數器升序計數，速率與檢測電流和參考電流的差的平方成正比。當檢測電流低于參考電流閾值時，計數器以固定值降序計數。固定降序計數值的設定目的是更好地估算熔斷器的散熱性。

這個閾值涌流要比電線的電流處理能力略低（如圖5所示，小于14A DC)。計數器一旦達到某一個預設值后，輸出就會被立即關斷。因為這種算法是利用熔斷器型的特性保護電線，所以直到微控制器重新初始化，將輸出重新導通之前，驅動器始終保持關斷狀態。

圖10：采用保護算法的外推i2-t曲線與電線和熔斷器比較