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高效、可靠和紧凑的eFuse优化服务器和数据中心电源设计
在设计服务器和数据中心电源时，设计人员除了需要考虑提升能效和功率密度，还要确保尽可能高的安全性和可靠性，这带来一系列挑战，如无安全工作区(SOA)的顾虑、和诊断及响应等功能安全等等。安森美半导体提供高效、可靠和紧凑的eFuse方案阵容，包括3 V至12 V电源范围和即将推出的24 V、48 V eFuse，帮助设计人员解决这些挑战。这些eFuse内置实时诊断功能、精密控制和多重保护特性，响应快，性能和可靠性优于竞争对手。
eFuse简介、特性及目标应用
eFuse集成过流、过热及过压保护，提供电流检测、故障报告、输出开关控制、反向电流保护、对地短路保护、电池短路保护、可复位，用于任何热插拔应用和需要限制过冲电流的系统，以防止损坏连接器、PCB布线和下游器件。
eFuse对比传统熔丝和PTC自恢复保险丝
通常有熔断熔丝、正温系数(PTC)自恢复保险丝、热插拔控制器、eFuse等限流保护方案。以1个600 W、20 A的直流电源为例，采用熔断熔丝和PTC自恢复保险丝的方案的电流尖峰可分别高达80 A和58 A，而采用eFuse的方案的电流尖峰仅7 A。
熔断熔丝是一次性的，在一次高电流事件熔断后必须更换。PTC自恢复保险丝在正常工作时为低阻状态，当短路发生时，PTC自恢复保险丝变热并从低阻状态转向高阻状态，从而提供保护功能，当故障排除后，PTC自恢复保险丝冷却并复位为低阻状态。与熔断熔丝和PTC自恢复保险丝不同，eFuse不是完全基于变热来限流，而是通过测量电流，若电流超过规定限值，则限制电流为预设值，后在过热时关断内部开关。与传统熔丝相比，eFuse有以下显著的优势：
过温运行时的参数变化最小故障后不会毁坏可调整的电流限制使能引脚导通或关断器件故障引脚报告已发生的故障以控制逻辑电路或其它电源轨软启动以限制浪涌电流电压钳位，防止负载受电压尖峰影响闩锁或自动复位选择，若负载恢复则一切将复位，无需重启电源反向电流阻断表1列出了eFuse相较聚合物正温系数(PPTC)自恢复保险丝的优势。
表1：eFuse对比PPTC自恢复保险丝
eFuse对比热插拔控制器
热插拔控制器虽提供先进的特性和诊断，可通过使用不同的FET增加电流限值，具有严格的容限电流，但难以保证在SOA运行，且价格更高。 eFuse可确保始终在SOA内运行，提供实时热反馈，可通过并联eFuse增加电流限值，节省占板空间，并提供更高性价比。
eFuse易于并联以增加输出电流能力
在实际应用中，系统的工作电流可能高于eFuse规定的电流负荷，我们可通过并联eFuse来增加输出电流能力。在设计中，我们将eFuse的使能(enable)引脚和故障(fault)引脚并联在一起，安森美半导体的eFuse具有独特的三态使能/故障引脚，高电平代表正常运行，中电平代表热关断模式，低电平代表输出完全关断。
图：12 V eFuse并联演示
安森美半导体高效、可靠、紧凑的eFuse阵容
在3 V至5 V电源范围，安森美半导体的eFuse主要有NIS5135、NIS5452并即将推出NIS2205、NIS2x5x、NIS3x5x、NIS6452、NIS6150、NIS6350、NIS800x，导通阻抗从33 m8486;至200 mΩ，电流从1 A至5 A。其中，NIS6452、NIS6150、NIS6350集成反向电流阻断(RCP)特性，NIS6150、NIS6350还通过汽车级AEQ-Q100认证。值得一提的是，NIS6x50还集成新的特性IMON，通过在IMON引脚和GND之间连接1个电阻，以将IMON电流转换为对地参考电压，从而实现电流监控。
针对12V电源，安森美半导体主要提供NIS5020/NIS5021、NIS5820、NIS5232、NIS2x2x并即将推出NIS5420、NIS2402和NIS3220，导通阻抗从14 mΩ至100 mΩ，电流从2.4 A至12 A。其中，NIS5020没有IMON引脚，但可通过检测Rlim 电压测量负载电流，从而实现系统级增强，相关的应用注释可参见AND9685/D
图：NIS5020通过检测Rlim 电压测量负载电流
在热插拔时，电源输入级通常易遭受电压尖峰和瞬态，安森美半导体的eFuse集成过压保护，可提供快速响应，限制输出电压，从而不易受电压瞬态的影响。有些应用要求延迟热插入后的输出导通，以使输入电压稳定，相关的应用注释可参见AND9672/D。
图：12 V eFuse热插拔启动延迟实现系统级增强
此外，安森美半导体即将推出24 V NIS6124和48 V大电流eFuse，NIS6124针对24至36 V 提供40 V耐压，48 V系列的特性有：高边eFuse 过流关断，48V 应用达80V 峰值输入电压，直流能力超过120 A并可通过增添MOSFET扩展电流能力，容性负载的有源励磁涌流限制，V2自动重试功能。48 V eFuse可立即测试，可根据需求简化或修改PCB，可用作参考设计。
可靠性测试
安森美半导体的eFuse都经重复短路可靠性测试(AEC-Q100-012)。试验在25°C和-40°C条件下进行，以提供最高热偏移和应力，运行10万至100万个周期，结果都无功能问题且导通阻抗或其它参数都无变化。与竞争对手相比，安森美半导体的eFuse的浪涌性能都更出色。
总结
服务器和数据中心电源的安全性和可靠性至关重要。eFuse集成过流、过热及过压保护，且提供诊断和控制功能，比传统熔丝、PTC自恢复保险丝及热插拔控制器都更有优势，是一种经济高效的替代方案。安森美半导体提供高效、可靠和紧凑的eFuse方案阵容，包括3 V至12V 电源范围以及即将推出的24V和48 V大电流eFuse，内置实时诊断功能、精密控制和多重保护特性，确保始终工作在SOA，响应快，经重复短路可靠性测试，防止电路免受高浪涌电流、电压尖峰和热耗散的损害，性能和可靠性优于竞争对手，例如采用独特的3态使能/故障引脚，可并联eFuse以增强电流能力，IMON新特性可实现输出电流监控，热插拔启动延迟实现系统级增强等。
