高效、可靠和緊湊的eFuse優(yōu)化服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心電源設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心電源時(shí),設(shè)計(jì)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(lái)一系列挑戰(zhàn),如無(wú)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3V至12V電源范圍和即將推出的24V、48V eFuse,幫助設(shè)計(jì)人員解決這些挑戰(zhàn)。這些eFuse內(nèi)置實(shí)時(shí)診斷功能、精密控制和多重保護(hù)特性,響應(yīng)快,性能和可靠性優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
eFuse簡(jiǎn)介、特性及目標(biāo)應(yīng)用
eFuse集成過(guò)流、過(guò)熱及過(guò)壓保護(hù),提供電流檢測(cè)、故障報(bào)告、輸出開(kāi)關(guān)控制、反向電流保護(hù)、對(duì)地短路保護(hù)、電池短路保護(hù)、可復(fù)位,用于任何熱插拔應(yīng)用和需要限制過(guò)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(duì)比傳統(tǒng)熔絲和PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲
通常有熔斷熔絲、正溫系數(shù)(PTC)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、熱插拔控制器、eFuse等限流保護(hù)方案。以1個(gè)600W、20A的直流電源為例,采用熔斷熔絲和PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的方案的電流尖峰可分別高達(dá)80A和58A,而采用eFuse的方案的電流尖峰僅7A。
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(xiǎn)絲在正常工作時(shí)為低阻狀態(tài),當(dāng)短路發(fā)生時(shí),PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲變熱并從低阻狀態(tài)轉(zhuǎn)向高阻狀態(tài),從而提供保護(hù)功能,當(dāng)故障排除后,PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)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(xiǎn)絲不同,eFuse不是完全基于變熱來(lái)限流,而是通過(guò)測(cè)量電流,若電流超過(guò)規(guī)定限值,則限制電流為預(yù)設(shè)值,后在過(guò)熱時(shí)關(guān)斷內(nèi)部開(kāi)關(guān)。與傳統(tǒng)熔絲相比,eFuse有以下顯著的優(yōu)勢(shì):
·過(guò)溫運(yùn)行時(shí)的參數(shù)變化最小
·故障后不會(huì)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(bào)告已發(fā)生的故障以控制邏輯電路或其它電源軌
·軟啟動(dòng)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(dòng)復(fù)位選擇,若負(fù)載恢復(fù)則一切將復(fù)位,無(wú)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(xiǎn)絲的優(yōu)勢(shì)。
表1:eFuse對(duì)比PPTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲
eFuse對(duì)比熱插拔控制器
熱插拔控制器雖提供先進(jìn)的特性和診斷,可通過(guò)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(yùn)行,且價(jià)格更高。eFuse可確保始終在SOA內(nèi)運(yùn)行,提供實(shí)時(shí)熱反饋,可通過(guò)并聯(lián)eFuse增加電流限值,節(jié)省占板空間,并提供更高性價(jià)比。
eFuse易于并聯(lián)以增加輸出電流能力
在實(shí)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(guò)并聯(lián)eFuse來(lái)增加輸出電流能力。在設(shè)計(jì)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(dú)特的三態(tài)使能/故障引腳,高電平代表正常運(yùn)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:12V eFuse并聯(lián)演示
安森美半導(dǎo)體高效、可靠、緊湊的eFuse陣容
在3V至5V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33m?至200m?,電流從1A至5A。其中,NIS6452、NIS6150、NIS6350集成反向電流阻斷(RCP)特性,NIS6150、NIS6350還通過(guò)汽車級(jí)AEQ-Q100認(rèn)證。值得一提的是,NIS6x50還集成新的特性IMON,通過(guò)在IMON引腳和GND之間連接1個(gè)電阻,以將IMON電流轉(zhuǎn)換為對(duì)地參考電壓,從而實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)控。
針對(duì)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14m?至100m?,電流從2.4A至12A。其中,NIS5020沒(méi)有IMON引腳,但可通過(guò)檢測(cè)Rlim電壓測(cè)量負(fù)載電流,從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)增強(qiáng),相關(guān)的應(yīng)用注釋可參見(jiàn)AND9685/D。
圖:NIS5020通過(guò)檢測(cè)Rlim電壓測(cè)量負(fù)載電流
在熱插拔時(shí),電源輸入級(jí)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(guò)壓保護(hù),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(jiàn)AND9672/D。
圖:12V eFuse熱插拔啟動(dòng)延遲實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)增強(qiáng)
此外,安森美半導(dǎo)體即將推出24V NIS6124和48V大電流eFuse,NIS6124針對(duì)24至36V提供40V耐壓,48V系列的特性有:高邊eFuse過(guò)流關(guān)斷,48V應(yīng)用達(dá)80V峰值輸入電壓,直流能力超過(guò)120A并可通過(guò)增添MOSFET擴(kuò)展電流能力,容性負(fù)載的有源勵(lì)磁涌流限制,V2自動(dòng)重試功能。48V eFuse可立即測(cè)試,可根據(jù)需求簡(jiǎn)化或修改PCB,可用作參考設(shè)計(jì)。
可靠性測(cè)試
安森美半導(dǎo)體的eFuse都經(jīng)重復(fù)短路可靠性測(cè)試(AEC-Q100-012)。試驗(yàn)在25°C和-40°C條件下進(jìn)行,以提供最高熱偏移和應(yīng)力,運(yùn)行10萬(wàn)至100萬(wàn)個(gè)周期,結(jié)果都無(wú)功能問(wèn)題且導(dǎo)通阻抗或其它參數(shù)都無(wú)變化。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(guò)流、過(guò)熱及過(guò)壓保護(hù),且提供診斷和控制功能,比傳統(tǒng)熔絲、PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲及熱插拔控制器都更有優(yōu)勢(shì),是一種經(jīng)濟(jì)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3V至12V電源范圍以及即將推出的24V和48V大電流eFuse,內(nèi)置實(shí)時(shí)診斷功能、精密控制和多重保護(hù)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(cè)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,例如采用獨(dú)特的3態(tài)使能/故障引腳,可并聯(lián)eFuse以增強(qiáng)電流能力,IMON新特性可實(shí)現(xiàn)輸出電流監(jiān)控,熱插拔啟動(dòng)延遲實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)增強(qiáng)等。