eFuse current limit와 fast-trip threshold가 따로 있는 이유
eFuse의 current limit를 3A로 설정했는데 측정 waveform에 5A가 잠깐 나타난다. 설정이 틀렸다고 판단하기 전에 Fast Trip Threshold와 transient blanking을 확인해야 한다. 보호 회로는 정상적인 짧은 과부하와 hard short에 같은 속도로 반응하지 않을 수 있다.
current 크기와 지속 시간을 함께 판정한다
짧은 load transient를 모두 fault로 차단하면 정상 장치도 자주 꺼진다. 반대로 큰 short current를 오래 허용하면 switch와 upstream source가 위험해진다. 그래서 일반 overcurrent threshold에는 timer를 붙이고, 더 큰 current에는 별도의 빠른 comparator를 둘 수 있다.
TPS259470x/2x의 active current limit는 steady state에서 load current가 ILIM을 넘되 fast-trip 영역 아래에 있으면 ITIMER로 정한 transient interval을 허용한다. 그 interval이 끝난 뒤 HFET를 조절해 current를 제한한다. TPS259474x는 같은 timer 이후 current regulation 대신 circuit breaker로 차단한다. variant에 따라 이후 행동이 다르다. TPS25947 Rev C, 30–32쪽 7.3.5.2·7.3.5.3
startup에서는 이 구분에 예외가 있다. 같은 원문의 33쪽 Note 3는 startup current limit가 ITIMER를 기다리지 않는다고 설명한다. steady-state transient 허용 시간을 기동에도 그대로 적용하면 실제 보호 시점을 잘못 예상한다.
5A가 잠깐 흐르는 것은 어떤 의미인가
원리를 비교할 가상의 active-limit 회로를 정하자. 정상 limit는 3A, fast-trip threshold는 6A, steady-state blanking은 2ms다. 아래 계산에서는 timer 이후 current regulation을 이상적으로 즉시 적용한다고 단순화한다. 특정 부품의 실측 응답이 아니다.
5A load pulse가 0.5ms 뒤 3A 아래로 내려오면 fast-trip threshold를 넘지 않았고 timer도 만료되지 않았다. 이 모델은 pulse를 허용하고 timer를 reset한다. current가 3A를 넘었다는 관찰만으로 보호 실패라고 할 수 없다.
5A 요구가 5ms 계속되면 처음 2ms 뒤 current 제한이 시작된다. 나머지 시간에는 source가 3A만 공급하므로 load가 계속 5A를 요구할 경우 부족한 current를 output capacitor가 내거나 output voltage가 내려간다. active limit는 FET 양단의 voltage drop을 키워 power를 소모할 수 있으므로 thermal shutdown도 이어질 수 있다.
실제 TPS25947의 tLIM 표는 timer 만료 후 IOUT이 ILIM의 5% 안으로 settling하는 시간을 정의한다. timer가 끝나는 순간과 current가 안정되는 순간은 같지 않다. 같은 원문, 11쪽 6.6 Timing Requirements
fast threshold도 절대 peak ceiling은 아니다
hard short에서 current가 가상의 3A에서 시작해 10A/µs로 증가한다고 하자. 6A threshold에는 0.3µs에 도달한다. threshold 검출부터 차단 동작 시작까지 별도로 0.4µs가 걸리는 계산용 모델이라면, 증가 slope가 유지되는 동안 그 시작 시점의 current는 10A다.
이 값은 해당 가상 delay의 결과이며 실제 부품의 maximum peak 예측이 아니다. 차단 이후의 current 경로, loop inductance와 clamp를 포함하면 waveform이 더 달라진다. 중요한 점은 threshold가 넘어섰다는 판정과 current의 감소가 시작되는 시점 사이에도 current가 움직인다는 것이다.
TPS25947의 scalable fast threshold는 기능 설명상 2×ILIM이고, 별도의 높은 fixed threshold도 있다. 하지만 11쪽 표의 500ns typical scalable response는 IOUT > 3×ILIM에서 IOUT이 감소하는 조건으로 기재되어 있다. 그 값을 임의로 2×ILIM을 막 넘은 순간부터의 보장된 maximum delay로 사용하면 안 된다. 같은 원문, 34쪽 7.3.5.4와 11쪽 tSC
재기동까지 포함해 보호를 평가한다
fast trip 뒤에는 무조건 같은 off 상태를 오래 유지하는 것도 아니다. 이 부품은 짧은 deglitch 이후 current-limited 방식으로 다시 켜기를 시도한다. short가 계속되면 current limit의 dissipation이 thermal shutdown으로 이어질 수 있다. 최초 차단뿐 아니라 반복 current와 평균 energy도 확인해야 한다.
설정에는 정상 load pulse의 크기·길이·반복 간격과 worst-case fault slope를 함께 넣는다. threshold 공차, timer recharge, 온도, 응답 시간의 시작·끝 정의도 확인한다. fast-trip 기준을 지나치게 낮추면 정상 transient가 fault처럼 보일 수 있고, 너무 높으면 fault current가 크게 증가한 뒤에야 빠른 경로가 작동한다.
Fast Trip Threshold는 일반 overcurrent 보호가 기다리는 동안에도 위험한 큰 current를 빨리 구분하는 경계다. ILIM 하나를 peak ceiling으로 읽는 대신 허용 영역, timer 종료, comparator 검출, 실제 current 감소를 각각 시간선에 표시하면 보호 설정의 의미가 선명해진다.