雲存儲市場規模將以23.7%的複合年增長率(CAGR)增長，預計到2022年將達到889.1億美元。據估計
，數據中心和基於雲的存儲消耗當今總發電量的3%，隨sui著zhe對dui雲yun存cun儲chu和he數shu據ju中zhong心xin的de需xu求qiu以yi如ru此ci快kuai的de速su度du增zeng長chang
，預yu計ji能neng源yuan需xu求qiu在zai短duan期qi內nei將jiang顯xian著zhu增zeng加jia。由you於yu能neng源yuan使shi用yong對dui環huan境jing的de影ying響xiang和he節jie省sheng數shu百bai萬wan美mei元yuan運yun營ying成cheng本ben的de潛qian力li
，數shu據ju中zhong心xin設she計ji人ren員yuan麵mian臨lin挑tiao戰zhan，要yao通tong過guo采cai用yong先xian進jin的de配pei電dian和he管guan理li方fang案an來lai提ti高gao能neng效xiao，同tong時shi保bao持chi或huo減jian小xiao外wai形xing。在zai這zhe領ling域yu

，即ji使shi提ti高gao最zui小xiao百bai分fen比bi的de能neng效xiao，也ye相xiang當dang於yu節jie省sheng大da量liang寶bao貴gui的de能neng源yuan和he成cheng本ben。

 

一個重要的目標是降低電源使用效率（PUE）比率。 為實現這一目標，需要技術來獲得更高的能效
、準確性和可靠性。 這與配電係統（PDU）、母線槽、不間斷電源（UPS）以及保護它們的電路。

由(you)於(yu)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)和(he)基(ji)於(yu)雲(yun)的(de)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)

，對(dui)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)的(de)要(yao)求(qiu)比(bi)以(yi)往(wang)任(ren)何(he)時(shi)候(hou)都(dou)更(geng)具(ju)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)，並(bing)且(qie)已(yi)成(cheng)為(wei)所(suo)有(you)保(bao)護(hu)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)中(zhong)最(zui)關(guan)鍵(jian)的(de)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。對(dui)更(geng)高(gao)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)
、可靠性
、安全性（例如滿足IEC 62368標準）和具有先進診斷的快速響應的需求正越來越普遍。傳統保險絲由於響應遲緩、缺乏診斷或故障報告不能滿足這些要求。

 

將電子保險絲(eFuse)與同等傳統保險絲例如熔融熔斷器和聚合物正溫係數（PPTC）可複位保險絲的規格和性能進行比較表明，eFuse具有非常低的響應時間和浪湧電流控製，在發生短路時大大減小電流尖峰。

 

圖1. eFuse對比傳統保險絲

 

由於這些原因和近年新技術的出現，在可行的情況下
，設計人員試圖將傳統的保險絲替換為熱插拔控製器和外部FET，或者替換為eFuse。eFuse含集成控製器的功率MOSFET和許多內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)、電流監測和故障/啟用。另一方麵，熱插拔控製器使用外部FET而不是集成的FET
，且通常用於較高電流應用。

 

圖2. eFuse的功能

 

●  Pass-transistor + Control circuit：導通管 + 控製電路

●  Current Monitor：電流監測

●  Load diagnostics：負載診斷

●  Load Control：負載控製

●  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：極性反轉保護

●  Reverse bleed prevention：避免反流

●  Reverse Current Protection：反向電流保護

 

兩種技術的主要區別在於eFuse能夠實時跟蹤內置MOSFET芯片溫度和電流，並能迅速采取糾正措施。 盡管如此，熱插拔控製器能通過放大主MOSFET來提高電流，在超過100A的高電流應用中仍會流行。 而eFuse的持續電流承受能力從1A到50A（取決於導通Rds(on)、封裝和邊界條件），有望在服務器和雲存儲應用中普及。

 

圖3. eFuse和熱插拔控製器

 

eFuse現在被應用於各種雲應用中，包括用作存儲設備的企業硬盤驅動器(HDD)和固態硬盤(SSD)、存儲係統中的背板保護、服務器和熱插拔風扇。每一應用都提出了不同的挑戰。在驅動電感和電容負載時產生的電應力、熱插拔和短路產生的應力
，使得難以保證在安全工作區(SOA)運行
，並且在滿足嚴格的能效要求的同時實現功能安全。一些關鍵應用和相關挑戰如下：

 

圖4. eFuse用於雲應用        

                 

●  12V Main supply：12 V主電源

●  Internet Connectivity：互聯網聯接

●  Data Management：數據管理

●  Colocation Inter Connectivity：托管間聯接

●  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)：存儲係統 (網絡附加存儲NAS)

●  Blade Server Electronics：刀片服務器電子

 

1.適用於所有應用的快速、準確的過流保護：傳統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
，具體取決於短路事件的類型。 同時，大多數eFuse都基於編程的電流極限值在幾微秒（<5µs）內響應短路事件，並將電流保持在編程值，直到芯片溫度超過熱關斷閾值為止。

 

2.熱插拔風扇和存儲係統：由於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很大的湧流。然而，在輸出端采用可控製和可編程轉換率的eFuse有助於減少大浪湧電流，從而保護係統。特別是對於風扇來說

，有和沒有eFuse的運行對浪湧電流有很大的影響。有eFuse，浪湧電流大大降低，從而保護下遊電路。

 

3.對電源的過壓保護：由於電源故障或連接到過流保護輸入的DC-DC轉換器故障，所有下遊電路都可能承受過壓應力，這些電路的耐壓可能沒那麼高。 有利的是，eFuse內置過壓保護功能，可將器件的輸出鉗位到一定的安全電壓水平
，即使輸入電壓遠高於工作電壓。 因此保護了下遊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，還要非常快。 對於eFuse，檢測和激活內部鉗位的時間約<5µs。

 

安森美半導體開發出從3V到12V的多種eFuse
，支持從1A到12A的連續電流。 最新的器件是12V eFuse係列NIS5232、NIS5820、NIS5020和NIS5021，分別支持4A

、8A
、10A和12A，用於需要過流、過熱、過壓和浪湧電流保護的應用
，並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）封裝有助於應對挑戰和支援緊湊的布板。

 

總結

 

由於提高電源使用效率(PUE)比(bi)率(lv)日(ri)增(zeng)的(de)壓(ya)力(li)和(he)願(yuan)望(wang)，數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)和(he)雲(yun)服(fu)務(wu)器(qi)的(de)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，以(yi)及(ji)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)的(de)推(tui)行(xing)
，對(dui)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)的(de)負(fu)荷(he)在(zai)改(gai)變(bian)並(bing)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)。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，有助於解決雲應用、工業
、汽車和電信設備過流保護的挑戰。

 

 

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