如今，新的復雜業(yè)務模型正采用基于云的平臺，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）和運營支出（OPEX）。采用云存儲和基于云的服務代表一個真正的大趨勢，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。

云存儲市場規(guī)模將以23.7%的復合年增長率(CAGR)增長，預計到2022年將達到889.1億美元。據(jù)估計，數(shù)據(jù)中心和基于云的存儲消耗當今發(fā)電量的3%，隨著對云存儲和數(shù)據(jù)中心的需求以如此快的速度增長，預計能源需求在短期內(nèi)將顯著增加。由于能源使用對環(huán)境的影響和節(jié)省數(shù)百萬美元運營成本的潛力，數(shù)據(jù)中心設計人員面臨挑戰(zhàn)，要通過采用的配電和管理方案來提高能效，同時保持或減小外形。在這領域，即使提高小百分比的能效，也相當于節(jié)省大量寶貴的能源和成本。

一個重要的目標是降低電源使用效率（PUE）比率。 為實現(xiàn)這一目標，需要技術來獲得更高的能效、準確性和可靠性。 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，對過流保護的要求比以往任何時候都更具挑戰(zhàn)性，并且已成為所有保護考慮因素中關鍵的因素。對更高的準確性、可靠性、安全性（例如滿足IEC 62368標準）和具有診斷的快速響應的需求正越來越普遍。傳統(tǒng)保險絲由于響應遲緩、缺乏診斷或故障報告不能滿足這些要求。

將電子保險絲(eFuse)與同等傳統(tǒng)保險絲例如熔融熔斷器和聚合物正溫系數(shù)（PPTC）可復位保險絲的規(guī)格和性能進行比較表明，eFuse具有非常低的響應時間和浪涌電流控制，在發(fā)生短路時大大減小電流尖峰。

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

圖1.            eFuse對比傳統(tǒng)保險絲

由于這些原因和近年新技術的出現(xiàn)，在可行的情況下，設計人員試圖將傳統(tǒng)的保險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)置保護功能包括過壓、過流對電池短路和熱保護以及診斷功能如電源自檢(power good)、電流監(jiān)測和故障/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用。

Pass-transistor + Control circuit：導通管 + 控制電路

Current Monitor：電流監(jiān)測

Load diagnostics：負載診斷

Load Control：負載控制

FAULT ENABLE：故障啟用

Overvoltage Protection：過壓保護

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

Short to Battery Protection：對電池短路保護

Overcurrent & thermal Protection：過流及過熱保護

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

Short to Ground Protection：對地短路保護

Reverse Current Protection：反向電流保護

Polarity reversal protection：極性反轉(zhuǎn)保護

Reverse bleed prevention：避免反流

Reverse Current Protection：反向電流保護

圖2.             eFuse的功能

兩種技術的主要區(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。 盡管如此，熱插拔控制器能通過放大主MOSFET來提高電流，在過100A的高電流應用中仍會流行。 而eFuse的持續(xù)電流承受能力從1A到50A（取決于導通Rds(on)、封裝和邊界條件），有望在服務器和云存儲應用中普及。

圖3.            eFuse和熱插拔控制器

eFuse現(xiàn)在被應用于各種云應用中，包括用作存儲設備的企業(yè)硬盤驅(qū)動器(HDD)和固態(tài)硬盤(SSD)、存儲系統(tǒng)中的背板保護、服務器和熱插拔風扇。每一應用都提出了不同的挑戰(zhàn)。在驅(qū)動電感和電容負載時產(chǎn)生的電應力、熱插拔和短路產(chǎn)生的應力，使得難以保證在安全工作區(qū)(SOA)運行，并且在滿足嚴格的能效要求的同時實現(xiàn)功能安全。一些關鍵應用和相關挑戰(zhàn)如下：

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：存儲管理

Main Fuse：主保險絲

Aux eFuse: 輔助eFuse Fans：風扇

Server Racks：服務器機架

Storage Racks：存儲機架

Backplane：背板

Fast Switch：快速開關

Storage System (NAS)：存儲系統(tǒng) (網(wǎng)絡附加存儲NAS)

Blade Server Electronics：刀片服務器電子

圖4.             eFuse用于云應用

1.適用于所有應用的快速、準確的過流保護：傳統(tǒng)方案如熔斷保險絲和PPTC的耐受性非常差，響應時間和跳閘時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，大多數(shù)eFuse都基于編程的電流極限值在幾微秒（<5μs）內(nèi)響應短路事件，并將電流保持在編程值，直到芯片溫度過熱關斷閾值為止。

2.熱插拔風扇和存儲系統(tǒng)：由于與這些應用相關的電機或輸出電容較大，在啟動過程中可能會出現(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，從而保護系統(tǒng)。特別是對于風扇來說，有和沒有eFuse的運行對浪涌電流有很大的影響。有eFuse，浪涌電流大大降低，從而保護下游電路。

3.對電源的過壓保護：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，即使輸入電壓遠高于工作電壓。 因此保護了下游電路免受過壓應力的影響。 在許多情況下，受保護的電路耐受非常低的過電壓應力。 因此，過壓保護不僅要可靠，還要非?？?。 對于eFuse，檢測和激活內(nèi)部鉗位的時間約<5μs。

安森美半導體開發(fā)出從3V到12V的多種eFuse，支持從1A到12A的連續(xù)電流。 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的應用，并能通過通用輸入輸出(GPIO)報告故障及禁用輸出。在不斷減小整體設計尺寸的壓力下，DFN10（3mm x 3mm）和DFN10（4mm x 4mm）封裝有助于應對挑戰(zhàn)和支援緊湊的布板。

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)中心和云服務器的功率密度不斷增加，以及安全標準的推行，對過流保護器件的負荷在改變并變得更加復雜。eFuse具備高精度、快速響應時間、高可靠性、故障報告能力和診斷特性，有助于解決云應用、工業(yè)、汽車和電信設備過流保護的挑戰(zhàn)。

關于安森美半導體
安森美半導體(ON Semiconductor，美國納斯達克上市代號：ON)致力于推動高能效電子的創(chuàng)新，使客戶能夠減少全球的能源使用。安森美半導體于供應基于半導體的方案，提供全面的高能效電源管理、模擬、傳感器、邏輯、時序、互通互聯(lián)、分立、系統(tǒng)單芯片(SoC)及定制器件陣容。公司的產(chǎn)品幫助工程師解決他們在汽車、通信、計算機、消費電子、工業(yè)、醫(yī)療、航空及應用的設計挑戰(zhàn)。公司運營敏銳、可靠、世界的供應鏈及品質(zhì)項目，一套強有力的守法和道德規(guī)范計劃，及在北美、歐洲和亞太地區(qū)之關鍵市場運營包括制造廠、銷售辦事處及設計中心在內(nèi)的業(yè)務網(wǎng)絡。更多信息請訪問http://www.onsemi.cn。