Od kusu drátu k SPI. Pojistka je také o softwaru

Pojistky používané v elektronice – to už dávno není pouhý kus drátu. Klíčová ochrana, kterou zde máme doslova jako první „na ráně“, prošla neskutečným vývojem, kdy očividnou zkázu postupně nahrazuje chytré řízení s polovodiči. A není se čemu divit. Elektronické součástky jsou rok od roku stále menší, rychlejší, více komplikované a možná ještě náchylnější na různá poškození, takže se též logicky zdokonalují prvky, které je musí nepřetržitě chránit.

Tranzistor ano, ale

Vhodně zapouzdřený tavný drátek má sice v elektronice stále své pevné místo, ovšem pro řadu dalších zapojení záhy naráží na své limity – a to nejen ty fyzikální. Stačit však nebudou ani miniaturizované SMD pojistky nebo např. vratné prvky. Hlubší smysl v takovém případě dávají teprve flexibilní čipy a elektronické pojistky eFuse, řešené v podobě integrovaného obvodu. Provedení tak bude nejen vratné či resetovatelné, ale jako vývojáři si ještě dokážeme vše snadno přizpůsobit. Na stránkách DPS Elektronika od A do Z jsme vybrané novinky od firem Nexperia nebo také Vishay představili již dříve v [1],[2].

Výsledná ochrana s eFuse proto zareaguje okamžitě a moc dobře ví, jak se zachovat po odeznění zkratu nebo např. přetížení. Pod kontrolou lze mít i dobu náběhu, čili měkký start, definovaný vnější kapacitou nebo i další rizika, spojovaná třeba s přepětím, přepólováním, přehřátím apod. Důmyslný polovodičový systém v jádru počítá prakticky jen s jedinou součástkou, kterou se stává sám polem řízený tranzistor. Aby ale mohl celek spolehlivě a správně fungovat, musí výrobce ještě doplnit nezbytné řízení, resp. interní logiku. A to je v zásadě všechno. Nebo není?

HW pojistka, SW záležitost

Někdy skutečně oceníme jednoduchost a k jinak složitější, ale stále nadmíru kompaktní polovodičové struktuře zapojíme hezky „postaru“ vhodné rezistory či kondenzátory, které svou velikostí okamžitě definují vlastnosti a parametry e-pojistky. Co když ale máme co do činění s pokročilejšími systémy? Může se kupříkladu jednat o servery, telekomunikace a zvláště pak automobilový průmysl. V takovém případě vede cesta od pevně daného výsledku – hardwarového nastavení prostřednictvím analogového rozhraní spíše k číslicové sběrnici, sloužící ideálně k obousměrné komunikaci rovnou s mikrokontrolérem. Chování ochranného prvku lze proto dynamicky měnit i za běhu aplikace a efektivně pracovat rovněž s naměřenými údaji (telemetrií) či diagnostikou.

Přesně zde zařadíme též prázdninové novinky SPOC™ Wire Guard rodiny „BTS80009 SWPx 1ES“ z dílny Infineon Technologies, 12V obvody elektronické pojistky eFuse s vysokou mírou integrace, vybavené dále pro potřeby náročné automobilové techniky rozhraním SPI [3],[4]. Čekáte propracovaný systém, skloňující ASIL-D a ISO 26262? Máte jej mít, a to i s výhledem do budoucna. V době psaní tohoto článku přicházela v úvahu první čtveřice nových spínacích prvků „smart power switch“, skýtajících ochranu na vyšší straně napájení (high-side) s koncovkami A, I, P či F u nejvyššího stupně dle dostupné výbavy na čipu [5]. Výrobce slibuje nastavitelný systém „I^²t wire protection“, výše předloženou konfiguraci softwarovou cestou a samozřejmě všechny předpoklady pro pokročilou diagnostiku, včetně sledování aktuálního stavu nebo např. předběžného varování, takže ještě usnadníme práci mikrokontroléru. Obslouží přitom zejména nové E/E architektury, podporující koncepty softwarově definovaných vozidel (SDV) s aktualizacemi na dálku, tzv. over-the-air. Flexibilně a také s ohledem na optimalizace, probíhající po celou dobu životního cyklu.

Mikrokontroléry, mikrosekundy i mikroampéry

Autonomní elektronická pojistka SPOC™ Wire Guard BTS80009 SWPx 1ES o jednom kanálu zde zajišťuje mimořádně rychlé odizolování poruch v řádu mikrosekund a k tomu i přesné měření proudu, takže na rozdíl od tradičních tavných pojistek nemusíme zase tolik naddimenzovat průřezy vodičů. V praxi to pak znamená vysokou dostupnost napájení se zárukou, že se poruchy nebudou šířit nekontrolovaně dále. Pro trvale napájené zátěže máme rovněž k dispozici speciální úsporný režim Idle se spotřebou pouhých několika µA, přičemž plná ochrana zůstane stále zachována. A co omezený počet vstupně – výstupních portů mikrokontroléru? Výrobce vsadil na 24bitové rozhraní SPI s podporou řetězení daisy-chain, slibující rovněž CRC.

Chytrá pojistka od Infineon Technologies počítá s non – volatilní pamětí, zvládá zatěžovací proudy o velikosti až 34,5 A, nabídne stavitelný podpěťový zámek a v režimu pro spínání kapacitní zátěže ji nemusí zastavit ani obrovských 20 mF. K tomu si připočtěte podporu dlouhodobé dostupnosti nebo i další tři varianty, odlišené odporem v sepnutém stavu, které se vedle již vyráběných pojistek BTS80009 SWPx 1ES mohou objevit ještě tímto rokem.

Rozhodně to ale neznamená, že se musíme s klasickým kusem drátu loučit. Stále zde totiž budou aplikace, ve kterých vše potřebné zastane třeba i obyčejná trubičková pojistka, která se bude ještě ráda obětovat, aby „po svém“ zachránila zbytek obvodu. Pokud ale rostou nároky, součástková základna dokáže pružně zareagovat. A třeba i s výhledem do budoucnosti, složené z nul a jedniček. Číslicová varianta již není tolik vidět, vydrží opravdu hodně, stále se učí a problémům – těm prozřetelně zabrání ještě předtím, než stačí vůbec vzniknout. Zkrátka na nic nečeká. Pojistka budoucnosti sleduje anomálie a předvídá.

Odkazy:

[1] eFuse to jistí. Nexperia dá na výběr, https://www.dps-az.cz/clanky/id:101425/efuse-to-jisti-nexperia-da-na-vyber

[2] Nové eFuse Vishay jdou cestou menšího odporu, https://www.dps-az.cz/zpravy/id:91218/nove-efuse-vishay-jdou-cestou-mensiho-odporu

[3] Tisková zpráva, https://www.infineon.com/technology-news/2026/inftn202607-124

[4] SPOC™ Wire Guard 12V – Automotive eFuse with SPI, https://www.infineon.com/products/power/efuses/automotive/spoc-wire-guard-12v-automotive

[5] Obvody BTS80009 SWPF 1ES, https://www.infineon.com/part/BTS80009-SWPF-1ES

robenek@dps-az.cz