如今，新的復(fù)雜業(yè)務(wù)模型正在采用基于云的平臺，以通過消除內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的需求來提高效率，減少資本支出(CAPEX)和運營支出(OPEX)。云存儲和基于云的服務(wù)的采用代表了一個真正的大趨勢，不僅在大型組織中越來越受歡迎，而且在中小型企業(yè)(SMB)中也越來越受歡迎，在過去幾年中，這種情況已大大增加。對于大多數(shù)組織來說，這種趨勢將繼續(xù)下去，除了少數(shù)組織出于性能，可靠性或網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全性的原因而需要保留內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的組織之外。

到2022年，云存儲市場規(guī)模預(yù)計將以23.7%的復(fù)合年增長率增長，并將達到$ 88.91B。根據(jù)一項估算，數(shù)據(jù)中心和基于云的存儲消耗的能源約占當今總發(fā)電量的3%，并且隨著對云存儲和數(shù)據(jù)中心的需求以如此之快的速度增長，預(yù)計能源需求將在不久的將來顯著增加。術(shù)語。在能源使用對環(huán)境的影響以及節(jié)省數(shù)百萬美元運營成本的潛力的推動下，數(shù)據(jù)中心設(shè)計人員面臨挑戰(zhàn)，即在保持或減少外形尺寸的同時，采用先進的配電和管理解決方案來提高能源效率。在該行業(yè)中，即使效率提高的比例很小，也可以相當于寶貴的大量能源和成本節(jié)省。

一個重要的目標是降低電源使用效率(PUE)比率。為了達到這個目的，需要技術(shù)來獲得更高的效率，準確性和可靠性。這適用于配電系統(tǒng)(PDU)，母線槽，不間斷電源(UPS)以及用于保護它們的電路。

由于數(shù)據(jù)中心和基于云的系統(tǒng)的功率密度不斷提高，對過電流保護的要求比以往更具挑戰(zhàn)性，并且已成為所有保護考慮因素中最關(guān)鍵的要素之一。對具有高級診斷功能的更好的準確性，可靠性，安全性(例如，符合IEC 62368標準)和快速響應(yīng)時間的需求正變得越來越普遍。傳統(tǒng)的保險絲由于響應(yīng)遲鈍，缺乏診斷或故障報告而無法滿足這些要求。

將eFuse的規(guī)格和性能與等效的傳統(tǒng)熔斷器(例如熔斷式熔斷器和聚合正溫度系數(shù)(PPTC)可重置熔斷器)進行比較，可以看出eFuse具有非常低的響應(yīng)時間和浪涌電流控制，可在短路時大大降低電流尖峰發(fā)生電路事件。

圖1. eFuse與傳統(tǒng)保險絲的比較

由于這些原因，并且在過去幾年中，只要可行，新技術(shù)的出現(xiàn)，設(shè)計人員就試圖用熱插拔控制器，外部FET或eFuse代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保險絲。eFuse包括具有集成控制器的功率MOSFET和眾多內(nèi)置保護功能，包括過壓，過電流-電池短路和熱保護，以及診斷功能，例如電源良好，電流監(jiān)控和故障/啟用。另一方面，熱插拔控制器使用外部FET而不是集成FET，通常用于更高電流的應(yīng)用。

圖2. eFuse的功能

兩種技術(shù)之間的主要區(qū)別在于eFuse能夠?qū)崟r跟蹤內(nèi)置MOSFET芯片溫度和電流，并能迅速采取糾正措施。但是，熱插拔控制器具有通過按比例放大主MOSFET來按比例放大電流的能力，在超過100A的高電流應(yīng)用中仍將流行。但是，eFuse的連續(xù)載流能力從1A到50A(取決于Rds(on)，封裝和邊界條件)，有望在服務(wù)器和云存儲應(yīng)用中獲得普及。

圖3. eFuse和熱插拔控制器始終在SOA中運行

?實時熱反饋

?電流可以通過并聯(lián)電子保險絲來擴大

?節(jié)省電路板空間

?具有成本效益

?難以保證SOA

?進階功能和診斷

?可以使用不同的FET縮放電流

?嚴格的電流限制公差

?價格較高

今天，eFuse在各種云應(yīng)用程序中使用，包括用作存儲設(shè)備的企業(yè)HDD和SSD，存儲系統(tǒng)中的背板保護，服務(wù)器和可熱插拔的風(fēng)扇。每個應(yīng)用程序都帶來不同的挑戰(zhàn)。驅(qū)動電感性和電容性負載時產(chǎn)生的電應(yīng)力，熱插拔和短路引起的應(yīng)力使得難以保證在安全工作區(qū)(SOA)內(nèi)運行，同時在滿足嚴格的能源效率要求的同時實現(xiàn)功能安全。一些關(guān)鍵的應(yīng)用程序和相關(guān)的挑戰(zhàn)如下：

圖4.云應(yīng)用程序中的電子保險絲

適用于所有應(yīng)用的快速，準確的過流保護：傳統(tǒng)解決方案(如熔斷保險絲和PPTC)的耐受性非常差，響應(yīng)時間和跳閘時間從幾百毫秒到幾秒不等，具體取決于短路類型事件。同時，大多數(shù)eFuse都基于編程的電流極限值在幾微秒(<5μs)內(nèi)對短路事件做出響應(yīng)，并將電流保持在編程值，直到芯片溫度超過熱關(guān)斷閾值為止。

可熱插拔的風(fēng)扇和存儲系統(tǒng)：

由于與這些應(yīng)用程序相關(guān)的電動機或較大的輸出電容器，在啟動過程中可能會產(chǎn)生較大的浪涌電流。但是，在輸出上具有可控制的可編程壓擺率的eFuse有助于減少大的浪涌電流，從而保護了系統(tǒng)。專門針對風(fēng)扇，使用和不使用eFuse的操作都會對浪涌電流產(chǎn)生巨大影響。eFuse的浪涌電流大大降低，從而保護了下游電路。

電源的過壓保護：

由于電源故障或連接到過流保護輸入的DC-DC轉(zhuǎn)換器故障，所有下游電路都可能承受過壓應(yīng)力，因此可能無法將其評估為如此高的電壓電壓。幸運的是，eFuses具有內(nèi)置的過壓保護功能，即使輸入電壓遠高于工作電壓，該功能也可以將設(shè)備的輸出鉗位到一定的安全電壓水平。因此保護了下游電路免受過壓應(yīng)力的影響。在許多情況下，受保護的電路對過電壓應(yīng)力的耐受性非常低。結(jié)果，過電壓保護不僅需要可靠，而且非常快。對于eFuse，檢測和激活內(nèi)部鉗位的時間約為<5μs。

安森美半導(dǎo)體已開發(fā)出范圍從3V至12V的各種eFuse，可支持1A至12A的連續(xù)電流。最新的器件是12V eFuse系列，NIS5232，NIS5820，NIS5020和NIS5021，它們分別支持4A，8A，10A和12A，用于需要過流，過熱，過壓和浪涌電流保護的應(yīng)用，并且還具有報告故障的能力作為禁用通過GPIO的輸出。DFN10(3mm x 3mm)和DFN10(4mm x 4mm)封裝具有降低整體設(shè)計尺寸的不懈壓力，有助于應(yīng)對挑戰(zhàn)并支持緊湊的電路板布局。