如今，新的復(fù)雜業(yè)務(wù)模型正采用基于云的平臺(tái)，通過省去內(nèi)部數(shù)據(jù)中心，以提高效率，減少資本支出（CAPEX）和運(yùn)營支出（OPEX）。采用云存儲(chǔ)和基于云的服務(wù)代表一個(gè)真正的大趨勢(shì)，近幾年不僅在大型企業(yè)越來越流行，而且在中小型企業(yè)（SMB）中所占比例也顯著增加。除了少數(shù)企業(yè)出于性能、可靠性或網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全原因而需要保留內(nèi)部數(shù)據(jù)中心，大多數(shù)企業(yè)將持續(xù)這趨勢(shì)。

云存儲(chǔ)市場(chǎng)規(guī)模將以23.7%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到889.1億美元。據(jù)估計(jì)，數(shù)據(jù)中心和基于云的存儲(chǔ)消耗當(dāng)今總發(fā)電量的3%，隨著對(duì)云存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)中心的需求以如此快的速度增長，預(yù)計(jì)能源需求在短期內(nèi)將顯著增加。

由于能源使用對(duì)環(huán)境的影響和節(jié)省數(shù)百萬美元運(yùn)營成本的潛力，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員面臨挑戰(zhàn)，要通過采用先進(jìn)的配電和管理方案來提高能效，同時(shí)保持或減小外形。在這領(lǐng)域，即使提高最小百分比的能效，也相當(dāng)于節(jié)省大量寶貴的能源和成本。 一個(gè)重要的目標(biāo)是降低電源使用效率（PUE）比率。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要技術(shù)來獲得更高的能效、準(zhǔn)確性和可靠性。這與配電系統(tǒng)（PDU）、母線槽、不間斷電源（UPS）以及保護(hù)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(duì)過流保護(hù)的要求比以往任何時(shí)候都更具挑戰(zhàn)性，并且已成為所有保護(hù)考慮因素中最關(guān)鍵的因素之一。對(duì)更高的準(zhǔn)確性、可靠性、安全性（例如滿足IEC 62368標(biāo)準(zhǔn)）和具有先進(jìn)診斷的快速響應(yīng)的需求正越來越普遍。傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲由于響應(yīng)遲緩、缺乏診斷或故障報(bào)告不能滿足這些要求。 將電子保險(xiǎn)絲（eFuse）與同等傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲例如熔融熔斷器和聚合物正溫系數(shù)（PPTC）可復(fù)位保險(xiǎn)絲的規(guī)格和性能進(jìn)行比較表明，eFuse具有非常低的響應(yīng)時(shí)間和浪涌電流控制，在發(fā)生短路時(shí)大大減小電流尖峰。

eFuse對(duì)比傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲 ↓

Melting Fuse：熔斷熔絲

PTC：正溫系數(shù)

DC Supply：直流電源

Spike in Current：電流尖峰

由于這些原因和近年新技術(shù)的出現(xiàn)，在可行的情況下，設(shè)計(jì)人員試圖將傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲替換為熱插拔控制器和外部FET，或者替換為eFuse。eFuse含集成控制器的功率MOSFET和許多內(nèi)置保護(hù)功能包括過壓、過流對(duì)電池短路和熱保護(hù)以及診斷功能如電源自檢（powergood）、電流監(jiān)測(cè)和故障/啟用。另一方面，熱插拔控制器使用外部FET而不是集成的FET，且通常用于較高電流應(yīng)用。

eFuse的功能 ↓

Pass-transistor +Control circuit：導(dǎo)通管+控制電路

Current Monitor：電流監(jiān)測(cè)

Load diagnostics：負(fù)載診斷

Load Control：負(fù)載控制

FAULT ENABLE：故障啟用

Overvoltage Protection：過壓保護(hù)

Immunity to power supplyglitches/drift：不受電源故障/漂移的影響

Short to Battery Protection：對(duì)電池短路保護(hù)

Overcurrent &thermal Protection：過流及過熱保護(hù)

Intimate thermalmonitoring & unconditional safety：密切熱監(jiān)控和無條件安全

Short to GroundProtection：對(duì)地短路保護(hù)

Reverse CurrentProtection：反向電流保護(hù)

Polarity reversalprotection：極性反轉(zhuǎn)保護(hù)

Reverse bleedprevention：避免反流

Reverse CurrentProtection：反向電流保護(hù)

兩種技術(shù)的主要區(qū)別在于eFuse能夠?qū)崟r(shí)跟蹤內(nèi)置MOSFET芯片溫度和電流，并能迅速采取糾正措施。盡管如此，熱插拔控制器能通過放大主MOSFET來提高電流，在超過100A的高電流應(yīng)用中仍會(huì)流行。而eFuse的持續(xù)電流承受能力從1A到50A（取決于導(dǎo)通Rds（on）、封裝和邊界條件），有望在服務(wù)器和云存儲(chǔ)應(yīng)用中普及。

eFuse和熱插拔控制器 ↓

Hot Swap Controller：熱插拔控制器

eFuse現(xiàn)在被應(yīng)用于各種云應(yīng)用中，包括用作存儲(chǔ)設(shè)備的企業(yè)硬盤驅(qū)動(dòng)器（HDD）和固態(tài)硬盤（SSD）、存儲(chǔ)系統(tǒng)中的背板保護(hù)、服務(wù)器和熱插拔風(fēng)扇。每一應(yīng)用都提出了不同的挑戰(zhàn)。在驅(qū)動(dòng)電感和電容負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的電應(yīng)力、熱插拔和短路產(chǎn)生的應(yīng)力，使得難以保證在安全工作區(qū)（SOA）運(yùn)行，并且在滿足嚴(yán)格的能效要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)功能安全。一些關(guān)鍵應(yīng)用和相關(guān)挑戰(zhàn)如下：

eFuse用于云應(yīng)用 ↓

12V Main supply：12 V主電源

Internet Connectivity：互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接

Data Management：數(shù)據(jù)管理

Colocation Inter Connectivity：托管間聯(lián)接

Storage Management：存儲(chǔ)管理

Main Fuse：主保險(xiǎn)絲

Aux eFuse： 輔助

eFuse Fans：風(fēng)扇

Server Racks：服務(wù)器機(jī)架

Storage Racks：存儲(chǔ)機(jī)架

Backplane：背板

Fast Switch：快速開關(guān)

Storage System （NAS）：存儲(chǔ)系統(tǒng) （網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)NAS）

Blade Server Electronics：刀片服務(wù)器電子

01

適用于所有應(yīng)用的快速、準(zhǔn)確的過流保護(hù)

傳統(tǒng)方案如熔斷保險(xiǎn)絲和PPTC的耐受性非常差，響應(yīng)時(shí)間和跳閘時(shí)間從幾百毫秒到幾秒不等，具體取決于短路事件的類型。同時(shí)，大多數(shù)eFuse都基于編程的電流極限值在幾微秒（《5μs）內(nèi)響應(yīng)短路事件，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。

02

熱插拔風(fēng)扇和存儲(chǔ)系統(tǒng)

由于與這些應(yīng)用相關(guān)的電機(jī)或輸出電容較大，在啟動(dòng)過程中可能會(huì)出現(xiàn)很大的涌流。然而，在輸出端采用可控制和可編程轉(zhuǎn)換率的eFuse有助于減少大浪涌電流，從而保護(hù)系統(tǒng)。特別是對(duì)于風(fēng)扇來說，有和沒有eFuse的運(yùn)行對(duì)浪涌電流有很大的影響。有eFuse，浪涌電流大大降低，從而保護(hù)下游電路。

03

對(duì)電源的過壓保護(hù)

由于電源故障或連接到過流保護(hù)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，這些電路的耐壓可能沒那么高。有利的是，eFuse內(nèi)置過壓保護(hù)功能，可將器件的輸出鉗位到一定的安全電壓水平，即使輸入電壓遠(yuǎn)高于工作電壓。因此保護(hù)了下游電路免受過壓應(yīng)力的影響。在許多情況下，受保護(hù)的電路耐受非常低的過電壓應(yīng)力。因此，過壓保護(hù)不僅要可靠，還要非常快。對(duì)于eFuse，檢測(cè)和激活內(nèi)部鉗位的時(shí)間約《5μs。

安森美半導(dǎo)體開發(fā)出從3V到12V的多種eFuse，支持從1A到12A的連續(xù)電流。

最新的器件是12V eFuse系列NIS5232、NIS5820、NIS5020和NIS5021，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(hù)的應(yīng)用，并能通過通用輸入輸出（GPIO）報(bào)告故障及禁用輸出。在不斷減小整體設(shè)計(jì)尺寸的壓力下，DFN10（3mmx3mm）和DFN10（4mmx4mm）封裝有助于應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)和支援緊湊的布板。

總結(jié)

由于提高電源使用效率（PUE）比率日增的壓力和愿望，數(shù)據(jù)中心和云服務(wù)器的功率密度不斷增加，以及安全標(biāo)準(zhǔn)的推行，對(duì)過流保護(hù)器件的負(fù)荷在改變并變得更加復(fù)雜。eFuse具備高精度、快速響應(yīng)時(shí)間、高可靠性、故障報(bào)告能力和診斷特性，有助于解決云應(yīng)用、工業(yè)、汽車和電信設(shè)備過流保護(hù)的挑戰(zhàn)。