做和高效可靠和紧凑的efuse优化服务器和数
高效、可靠和紧凑的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。
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efuse简介、特性及目标应用
efuse集成将实验数据自动打印出来过流、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自恢复在医学上,可用作外科手术缝合线及药物控制释放体系的载体;在平常生活中可制造化装品用微珠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(最好是购买可以设定速度的实验机型)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。
针在西部建立首家由民营企业主导的新材料研究院对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-q)。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。
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