eFuse電源優(yōu)化設(shè)計

在設(shè)計服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心電源時，設(shè)計人員除了需要考慮提升能效和功率密度，還要確保盡可能高的安全性和可靠性，這帶來一系列挑戰(zhàn)，如無安全工作區(qū)(SOA)的顧慮、和診斷及響應(yīng)等功能安全等等。安森美半導(dǎo)體提供高效、可靠和緊湊的eFuse方案陣容，包括3 V至12 V電源范圍和即將推出的24 V、48 V?eFuse，幫助設(shè)計人員解決這些挑戰(zhàn)。這些eFuse內(nèi)置實時診斷功能、精密控制和多重保護特性，響應(yīng)快，性能和可靠性優(yōu)于競爭對手。?

eFuse簡介、特性及目標(biāo)應(yīng)用

eFuse集成過流、過熱及過壓保護，提供電流檢測、故障報告、輸出開關(guān)控制、反向電流保護、對地短路保護、電池短路保護、可復(fù)位，用于任何熱插拔應(yīng)用和需要限制過沖電流的系統(tǒng)，以防止損壞連接器、PCB布線和下游器件。

eFuse對比傳統(tǒng)熔絲和PTC自恢復(fù)保險絲

通常有熔斷熔絲、正溫系數(shù)(PTC)自恢復(fù)保險絲、熱插拔控制器、eFuse等限流保護方案。以1個600 W、20 A的直流電源為例，采用熔斷熔絲和PTC自恢復(fù)保險絲的方案的電流尖峰可分別高達80 A和58 A，而采用eFuse的方案的電流尖峰僅7 A。

熔斷熔絲是一次性的，在一次高電流事件熔斷后必須更換。PTC自恢復(fù)保險絲在正常工作時為低阻狀態(tài)，當(dāng)短路發(fā)生時，PTC自恢復(fù)保險絲變熱并從低阻狀態(tài)轉(zhuǎn)向高阻狀態(tài)，從而提供保護功能，當(dāng)故障排除后，PTC自恢復(fù)保險絲冷卻并復(fù)位為低阻狀態(tài)。與熔斷熔絲和PTC自恢復(fù)保險絲不同，eFuse不是完全基于變熱來限流，而是通過測量電流，若電流超過規(guī)定限值，則限制電流為預(yù)設(shè)值，后在過熱時關(guān)斷內(nèi)部開關(guān)。與傳統(tǒng)熔絲相比，eFuse有以下顯著的優(yōu)勢：

過溫運行時的參數(shù)變化最小

故障后不會毀壞

可調(diào)整的電流限制

使能引腳導(dǎo)通或關(guān)斷器件

故障引腳報告已發(fā)生的故障以控制邏輯電路或其它電源軌

軟啟動以限制浪涌電流

電壓鉗位，防止負(fù)載受電壓尖峰影響

閂鎖或自動復(fù)位選擇，若負(fù)載恢復(fù)則一切將復(fù)位，無需重啟電源

反向電流阻斷

表1列出了eFuse相較聚合物正溫系數(shù)(PPTC)自恢復(fù)保險絲的優(yōu)勢。

表1：eFuse對比PPTC自恢復(fù)保險絲

eFuse對比熱插拔控制器

熱插拔控制器雖提供先進的特性和診斷，可通過使用不同的FET增加電流限值，具有嚴(yán)格的容限電流，但難以保證在SOA運行，且價格更高。?eFuse可確保始終在SOA內(nèi)運行，提供實時熱反饋，可通過并聯(lián)eFuse增加電流限值，節(jié)省占板空間，并提供更高性價比。

eFuse易于并聯(lián)以增加輸出電流能力

在實際應(yīng)用中，系統(tǒng)的工作電流可能高于eFuse規(guī)定的電流負(fù)荷，我們可通過并聯(lián)eFuse來增加輸出電流能力。在設(shè)計中，我們將eFuse的使能(enable)引腳和故障(fault)引腳并聯(lián)在一起，安森美半導(dǎo)體的eFuse具有獨特的三態(tài)使能/故障引腳，高電平代表正常運行，中電平代表熱關(guān)斷模式，低電平代表輸出完全關(guān)斷。

圖：12 V?eFuse并聯(lián)演示

安森美半導(dǎo)體高效、可靠、緊湊的eFuse陣容

在3 V至5 V電源范圍，安森美半導(dǎo)體的eFuse主要有NIS5135、NIS5452并即將推出NIS2205、NIS2x5x、NIS3x5x、NIS6452、NIS6150、NIS6350、NIS800x，導(dǎo)通阻抗從33 m?至200 m?，電流從1 A至5 A。其中，NIS6452、NIS6150、NIS6350集成反向電流阻斷(RCP)特性，NIS6150、NIS6350還通過汽車級AEQ-Q100認(rèn)證。值得一提的是，NIS6x50還集成新的特性IMON，通過在IMON引腳和GND之間連接1個電阻，以將IMON電流轉(zhuǎn)換為對地參考電壓，從而實現(xiàn)電流監(jiān)控。

針對12V電源，安森美半導(dǎo)體主要提供NIS5020/NIS5021、NIS5820、NIS5232、NIS2x2x并即將推出NIS5420、NIS2402和NIS3220，導(dǎo)通阻抗從14 m?至100 m?，電流從2.4 A至12 A。其中，NIS5020沒有IMON引腳，但可通過檢測Rlim?電壓測量負(fù)載電流，從而實現(xiàn)系統(tǒng)級增強，相關(guān)的應(yīng)用注釋可參見AND9685/D。

圖：NIS5020通過檢測Rlim?電壓測量負(fù)載電流

在熱插拔時，電源輸入級通常易遭受電壓尖峰和瞬態(tài)，安森美半導(dǎo)體的eFuse集成過壓保護，可提供快速響應(yīng)，限制輸出電壓，從而不易受電壓瞬態(tài)的影響。有些應(yīng)用要求延遲熱插入后的輸出導(dǎo)通，以使輸入電壓穩(wěn)定，相關(guān)的應(yīng)用注釋可參見AND9672/D。

圖：12 V?eFuse熱插拔啟動延遲實現(xiàn)系統(tǒng)級增強

此外，安森美半導(dǎo)體即將推出24 V NIS6124和48 V大電流eFuse，NIS6124針對24至36 V?提供40 V耐壓，48 V系列的特性有：高邊eFuse?過流關(guān)斷，48V?應(yīng)用達80V?峰值輸入電壓，直流能力超過120 A并可通過增添MOSFET擴展電流能力，容性負(fù)載的有源勵磁涌流限制，V2自動重試功能。48 V?eFuse可立即測試，可根據(jù)需求簡化或修改PCB，可用作參考設(shè)計。

可靠性測試

安森美半導(dǎo)體的eFuse都經(jīng)重復(fù)短路可靠性測試(AEC-Q100-012)。試驗在25°C和-40°C條件下進行，以提供最高熱偏移和應(yīng)力，運行10萬至100萬個周期，結(jié)果都無功能問題且導(dǎo)通阻抗或其它參數(shù)都無變化。與競爭對手相比，安森美半導(dǎo)體的eFuse的浪涌性能都更出色。

總結(jié)

服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心電源的安全性和可靠性至關(guān)重要。eFuse集成過流、過熱及過壓保護，且提供診斷和控制功能，比傳統(tǒng)熔絲、PTC自恢復(fù)保險絲及熱插拔控制器都更有優(yōu)勢，是一種經(jīng)濟高效的替代方案。安森美半導(dǎo)體提供高效、可靠和緊湊的eFuse方案陣容，包括3 V至12V?電源范圍以及即將推出的24V和48 V大電流eFuse，內(nèi)置實時診斷功能、精密控制和多重保護特性，確保始終工作在SOA，響應(yīng)快，經(jīng)重復(fù)短路可靠性測試，防止電路免受高浪涌電流、電壓尖峰和熱耗散的損害，性能和可靠性優(yōu)于競爭對手，例如采用獨特的3態(tài)使能/故障引腳，可并聯(lián)eFuse以增強電流能力，IMON新特性可實現(xiàn)輸出電流監(jiān)控，熱插拔啟動延遲實現(xiàn)系統(tǒng)級增強等。