怎么实现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 mΩ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。