多功能电子保险丝NIS5112

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保险丝是一种过流保护元件，常用的有低熔点合金丝组成的熔断保险丝及正温度系数聚合物材料制成的在过流时变成高阻抗的可复性保护过流元件。本文介绍的是安森美半导体公司开发的电子保险丝nis5112，它是一种集成电路，不仅在过流时能保护电路的元器件免受损坏，并且具有输入电压若过压时箝位输出；输出电压软启动(按可设定的斜坡上升)，监测自身管芯温度，管芯温度超过135℃时，并若闭器件(断开电源)；有使能／定时器控制端，可实现电源管理等功能。

NIS5112由带电流检测极的N沟道功率MOSFET作开关，与漏极电流限制电路及外接限流电阻Rlim配合，实现在负载RL有过载情况或短路故障发生时，N沟道功率MOSFET并不关断，而是输出一个限制的电流。这时N沟道MOSFET的管压降会增加，使它损耗增大而管芯温度提高。当管芯的温度超过工厂设定的135℃时，器件会因过热而关闭，N沟道MOSFET关断，切断电流，这部分是该器件的主要部分。

NIS5112的其他组成部分有：为驱动高端N沟道功率MOSFET(MOSFET在负载RL的上面)，内部有个升压式电荷泵电路；该器件为12V供电的系统设计的，其输入电压VCC范围为9～18V。若VCC超过18V，内部有过压箝位电路，使输出电压VCC箝位于15V,器件有使能／定时器端，在此端加高电平时(>2.7V)，器件工作；若在此端加低电平时(

过流限制电流电路

在发生过载或短路时，N1S5112限制电流的原理。漏极电流限制电路的内部有电阻RI及三极管Q组成，它的基极b、发射极e与外接限流电阻Rlim并联。在未过载时(如：Ip

点之间的电压)，使VGS减小，则ID相应减小；在发生短路时，IC更大，则ID更小些。限制电流的大小与外设的Rlim大小有关，有两条曲线，ILIMIT_OL是电路产生过载时的特性(如有局部短路)，ILIMIT_SS是短路时的特性。在典型应用时，Rlim取56Ω，限制电流在过载时，其典型值为4.6A；在短路时，其典型值为2.7A。

过压箝位电路

NIS5112的工作电压是9～18V，典型工作电压是12V。若超过15V时，内部有过压箝位电路，使输出电压箝位于15V，该电路由放大器、基准电压(Vref)，电阻分压器(R1、R2)及控制电路组成。当VCC>15V时，R1、R2组成的分压器电压增加，加到放大器反相端电压增加，使放大器输出电压降低，造成VGS下降，则使输出电压也相应减小，箝位到15V。是输入电压为20V、输出电压为箝位后的15V的电压波形，及负载电阻为10Ω时，负载电流的波形。

斜坡升压电路

NIS5112上电后，若使能／定时器端加上高电平，则输出电压从零开始以一定的斜率上升，上升的斜率与外设的电容器Cdv/dt的电容器大小有关。其内部有个80μA的恒流源，在使能端加高电平后向Cdv/dt充电，电容器上的电压从0V开始线性增长，此电压经放大器等电路控制N沟道MOSFET，使跟随电容器电压的上升而上升。其上升的斜率dV/dt与外接电容Cdv/dt及恒流源电流I的关系为：dV/dt=(I/Cdv/dt)×2

一般Cdv/dt常用1μF，则按上式计算，输出电压上升的斜率约0.15V/ms。

在使能端加高电平后，输出电压从0V开始，以斜坡方式升压，一直升到接近输入电压为止。

引脚排列与功能

NIS5112是8引脚SO-8封装，各引脚功能。

主要技术参数

NIS5112的主要技术参数：工作电压VCC=9～18V，典型工作电压为12V，静态工作电流典型值1.45mA；漏极电流(连续，Ta=25℃)平均值IDAVg=5.3A；功耗(Ta=25℃)Pmax=1.0w；工作温度范围-40～+175℃功率MOSFET在导通时导通电阻典型值30mΩ；管芯温度达135℃时，自动过热关闭，功率MOSFET关断，电源被切断(型号后缀有2R者，在温度降到95V，能自动恢复工作；型号后缀有1R者，过热后锁存，需排除故障、冷却后重新启动)。

典型应用电路

NIS5112的典型电路。有两个NIS5112(1#及2#)分别为负载RL1及RL2做电子保险丝，其限流电阻Rlim=56Ω(其过载限流为4.6A，短路限通为2.7A)，Cdv/dt=1μF，其斜率约1.5V/ms，使能端分别接微控制器的I/O口，由微控制器来控制RL1及RL2的供电。图中100kΩ为下拉电阻。

应用领域

NIS5112主要为12V工作电压的系统设计的，主要应用于汽车电子装置，可驱动螺管线圈、白炽灯、继电器等负载。因为汽车电子工作条件较差，并且负载

容易造成短路故障，采用NIS5112可提高工作的安全性及系统的可靠性。NIS5112在导通时电阻小(仅30mQ)，静态电流小于2mA，是较好的电路保护器件。

65nm工艺FPGA已趋成熟

更先进的工艺一直是半导体行业提高性能和降低功耗的一个基本手段，前提是巨大的工程和研发投入，因此只有业界巨头才有实力事先使用。

自2006年5月15日推出65nm Virtex-5 FPGA平台以来，赛灵思目前已向市场发售了三款平台(LX、LXT和SXT)的13种器件，它们为客户提供了业界最高的性能、最低的功耗，并拥有内建的PGI Ex press端点和千兆以太网模块，以及DSP性能。通过核心设计团队在工艺技术、架构和产品开发方法学方面的创新，Virtex-5 FPGA在性能和密度方面取得了前所未有的进步(与前一代90nm FPGA相比，速度平均提高30％，容量增加65％)同时动态功耗降低35％，静态功耗保持同样低，使用面积减小45％。最重要的是，Xilinx已经实现了规模量产，可以为客户提供实际的样片，并可以保证客户产品的量产需求。除了具有工艺成熟的优势外，赛灵思公司还为客户提供了成熟和全面的设计解决方案，包括软件和设计工具、协议栈、开发板、入门套件以及在线购买和全球分销网络支持。

ESD保护原理

电路保护元件存在几种技术，当选择电路保护元件时，若设计师选择不当的保护器件将只能提供错误的安全概念。电路保护元件的选择应根据所要保护的布线情况、可用的电路板空间以及被保护电路的电特性来决定。此外，了解保护元件的特性知识也非常必要，需要考虑的重要因素之一是器件的箝位电压。所谓箝位电压是在ESD器件里跨在瞬变电压消除器(TVs)上的电压，它是被保护IC的应变电压。

因为利用先进工艺技术制造的IC电路里氧化层比较薄，栅极氧化层更易受到损害。这意味着较高的箝位电压将在被保护IC器件上产生较高的应变电压，并且增加了失效的概率。很多保护元件都被设计成可吸收大量的能量，由于元件结构或设计上的原因也导致其具有很高的箝位电压。由于变阻器的箝位电压太高，他们不能够提供有效的ESD保护。此外，由于变阻器的高电容他们也不能给高速数据线路提供保护。TVS二极管正是为解决此问题而产生的，它已成为保护便携电子设备的关键性技术。

TVS二极管是专门设计用于吸收ESD能量并且保护系统免遭ESO损害的固态元件。如果应用得当，TVS二极管将限制跨在被保护器件上的电压刚好商过额定工作电压，但是却远低于破坏阈值电压。处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS二极管在线路板上与被保护线路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS二极管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过二极管被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后，其参数及性能会发生退化，而只要工作在限定范围内，二极管将不会发生损坏或退化。