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    技术文章— eFuse应对云应用过流保护的挑战
     

      如今,新的复杂业务模型正采用基于云的平台,通过省去内部数据中心,以提高效率,减少资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)。采用云存储和基于云的服务代表一个真正的大趋势,近几年不仅在大型企业越来越流行,而且在中小型企业(SMB)中所占比例也显著增加。除了少数企业出于性能、可靠性或网络和数据安全原因而需要保留内部数据中心,大多数企业将持续这趋势。

      云存储市场规模将以23.7%的复合年增长率(CAGR)增长,预计到2022年将达到889.1亿美元。据估计,数据中心和基于云的存储消耗当今总发电量的3%,随着对云存储和数据中心的需求以如此快的速度增长,预计能源需求在短期内将显著增加。由于能源使用对环境的影响和节省数百万美元运营成本的潜力,数据中心设计人员面临挑战,要通过采用先进的配电和管理方案来提高能效,同时保持或减小外形。在这领域,即使提高最小百分比的能效,也相当于节省大量宝贵的能源和成本。

      一个重要的目标是降低电源使用效率(PUE)比率。为实现这一目标,需要技术来获得更高的能效、准确性和可靠性。这与配电系统(PDU)、母线槽、不间断电源(UPS)以及保护它们的电路。

      由于数据中心和基于云的系统的功率密度不断提高,对过流保护的要求比以往任何时候都更具挑战性,并且已成为所有保护考虑因素中最关键的因素之一。对更高的准确性、可靠性、安全性(例如满足IEC 62368标准)和具有先进诊断的快速响应的需求正越来越普遍。传统保险丝由于响应迟缓、缺乏诊断或故障报告不能满足这些要求。

      将电子保险丝(eFuse)与同等传统保险丝例如熔融熔断器和聚合物正温系数(PPTC)可复位保险丝的规格和性能进行比较表明,eFuse具有非常低的响应时间和浪涌电流控制,在发生短路时大大减小电流尖峰。

      由于这些原因和近年新技术的出现,在可行的情况下,设计人员试图将传统的保险丝替换为热插拔控制器和外部FET,或者替换为eFuse。eFuse含集成控制器的功率MOSFET和许多内置保护功能包括过压、过流对电池短路和热保护以及诊断功能如电源自检(power good)、电流监测和故障/启用。另一方面,热插拔控制器使用外部FET而不是集成的FET,且通常用于较高电流应用。

      两种技术的主要区别在于eFuse能够实时跟踪内置MOSFET芯片温度和电流,并能迅速采取纠正措施。尽管如此,热插拔控制器能通过放大主MOSFET来提高电流,在超过100A的高电流应用中仍会流行。而eFuse的持续电流承受能力从1A到50A(取决于导通Rds(on)、封装和边界条件),有望在服务器和云存储应用中普及。

      eFuse现在被应用于各种云应用中,包括用作存储设备的企业硬盘驱动器(HDD)和固态硬盘(SSD)、存储系统中的背板保护、服务器和热插拔风扇。每一应用都提出了不同的挑战。在驱动电感和电容负载时产生的电应力、热插拔和短路产生的应力,使得难以保证在安全工作区(SOA)运行,并且在满足严格的能效要求的同时实现功能安全。一些关键应用和相关挑战如下:

      适用于所有应用的快速、准确的过流保护:传统方案如熔断保险丝和PPTC的耐受性非常差,响应时间和跳闸时间从几百毫秒到几秒不等,具体取决于短路事件的类型。同时,大多数eFuse都基于编程的电流极限值在几微秒(

      热插拔风扇和存储系统:由于与这些应用相关的电机或输出电容较大,在启动过程中可能会出现很大的涌流。然而,在输出端采用可控制和可编程转换率的eFuse有助于减少大浪涌电流,从而保护系统。特别是对于风扇来说,有和没有eFuse的运行对浪涌电流有很大的影响。有eFuse,浪涌电流大大降低,从而保护下游电路。

      对电源的过压保护:由于电源故障或连接到过流保护输入的DC-DC转换器故障,所有下游电路都可能承受过压应力,这些电路的耐压可能没那么高。有利的是,eFuse内置过压保护功能,可将器件的输出钳位到一定的安全电压水平,即使输入电压远高于工作电压。因此保护了下游电路免受过压应力的影响。在许多情况下,受保护的电路耐受非常低的过电压应力。因此,过压保护不仅要可靠,还要非常快。对于eFuse,检测和激活内部钳位的时间约

      安森美半导体开发出从3V到12V的多种eFuse,支持从1A到12A的连续电流。最新的器件是12VeFuse系列NIS5232、NIS5820、NIS5020和NIS5021,分别支持4A、8A、10A和12A,用于需要过流、过热、过压和浪涌电流保护的应用,并能通过通用输入输出(GPIO)报告故障及禁用输出。在不断减小整体设计尺寸的压力下,DFN10(3mm x 3mm)和DFN10(4mm x 4mm)封装有助于应对挑战和支援紧凑的布板。

      由于提高电源使用效率(PUE)比率日增的压力和愿望,数据中心和云服务器的功率密度不断增加,以及安全标准的推行,对过流保护器件的负荷在改变并变得更加复杂。eFuse具备高精度、快速响应时间、高可靠性、故障报告能力和诊断特性,有助于解决云应用、工业、汽车和电信设备过流保护的挑战。

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      在上电或连接不可靠的电源时损坏整个系统。智能音箱由外部 AC/DC 壁式适配器或内部开关模式电源供电。该电路可在发生故障时保护任何下游器件免受损坏。图 1:实现智能音箱典型功能的参考框图输入电源的主要问题是不自然的高电压或电流事件。TI 具有集成和分立解决方案,可应对过流保护(OCP)和过压保护(OVP)。eFuse器件通常可以应对 OCP 和 OVP,它通过集成 MOSFET(功率金属氧化物半导体场效应晶体管),以在这些故障事件下断开所有下游电路。eFuse 器件还可在启动期间管理浪涌电流,确保系统电压以受控方式增加。TI TPS2595 等器件采用 2 mm×2 mm 封装,可提供

      东芝电子元件及存储装置株式会社(“东芝”)宣布,推出首款eFuseIC“TCKE8xx系列”。该系列包括六款产品,支持电源线路中电路保护所需的各类功能。该系列中有两款产品于开始发货。eFuseIC产品图eFuseIC最显著的特点是可以重复使用。玻璃管熔断器和芯片熔断器等传统物理熔断器在过流状态下实际切断供电线路,以起到保护供电线路的作用,一旦熔断就需要更换。而eFuseIC产品在发生异常时用自己的线路切断供电线路,可以重置并重复使用。另一大优势在于,eFuseIC能避免复杂的线路设计,并取消一定数量的元器件。与使用分立式元器件保障的安全

      的电源时损坏整个系统。智能音箱由外部AC/DC壁式适配器或内部开关模式电源供电。该电路可在发生故障时保护任何下游器件免受损坏。图1:实现智能音箱典型功能的参考框图输入电源的主要问题是不自然的高电压或电流事件。TI具有集成和分立解决方案,可应对过流保护(OCP)和过压保护(OVP)。eFuse器件通常可以应对OCP和OVP,它通过集成MOSFET(功率金属氧化物半导体场效应晶体管),以在这些故障事件下断开所有下游电路。eFuse器件还可在启动期间管理浪涌电流,确保系统电压以受控方式增加。TI TPS2595等器件采用2 mm×2 mm封装,可提供高达18 V/4 A的保护。对于OCP

      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 VeFuse,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。eFuse简介、特性及目标应用eFuse集成过流、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

      FET,支持双向电流控制,且与分立式解决方案相比,可将系统尺寸锐减 50%。这些智能 eFuse IC 可将过/欠压阈值精度误差保持在 2%以内,无需单独的电源电压监控芯片,从而可节省板级空间。 TPS25940 eFuse 电源开关集成 DevSleep 模式,这有助于主机与设备保证 SSD SATA 接口完全处于休眠状态,从而可将功耗降低至 5mW 以下。TPS25942 eFuse 电源多路复用器集成启动模块功能,让系统可在非理想二极管模式和理想二极管模式之间进行选择。 TPS2594x 的特性与优势:延长电池使用寿命,降低功耗:除了 DevSleep 模式外,这些智能 eFuse 器件

      高功率LED越来越多地被应用于交通灯、发光看板、AG集团街灯、机场跑道、铁路道口、医疗/手术照明和行车信号中。它们的使用寿命长(高功率白光LED通常具有35,000到50,000小时的寿命),功耗低。但是,LED也会因雷击、静电放电(ESD)导致的过电压、过热、甚至是电源反接而造成损坏。因为LED通常串联在灯串中,如果灯串中一个LED因故障开路,串中的所有LED都会熄灭。Littelfuse提供LED开路保护器。保护器可以与灯串中的每个LED并联,它可以旁路发生开路故障的LED,以保持灯串的其余部分继续工作。当电路中发生过电压并导致灯串中发生过电流时,或者在电极接反时,保护器同样会作用。当一个LED出现开路故障,LED开路保护器

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