如今，新的復雜業務模型正采用基于云的平臺，通過省去內部數據中心，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越來越流行，而且在中小型企業（SMB）中所占比例也顯著增加。除了少數企業出于性能、可靠性或網絡和數據安全原因而需要保留內部數據中心，大多數企業將持續這趨勢。

云存儲市場規模將以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。據估計，數據中心和基于云的存儲消耗當今總發電量的3%，隨著對云存儲和數據中心的需求以如此快的速度增長，預計能源需求在短期內將顯著增加。

由于能源使用對環境的影響和節省數百萬美元運營成本的潛力，數據中心設計人員面臨挑戰，要通過采用先進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，即使提高最小百分比的能效，也相當于節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（PDU）、母線槽、不間斷電源（UPS）以及保護它們的電路。

由于數據中心和基于云的系統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性，并且已成為所有保護考慮因素中最關鍵的因素之一。對更高的準確性、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）與同等傳統保險絲例如熔融熔斷器和聚合物正溫系數（PPTC）可復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涌電流控制，在發生短路時大大減小電流尖峰。

eFuse對比傳統保險絲 ↓

Melting Fuse：熔斷熔絲

PTC：正溫系數

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（powergood）、電流監測和故障/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。

eFuse的功能 ↓

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

Current Monitor：電流監測

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 supplyglitches/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 thermalmonitoring & unconditional safety：密切熱監控和無條件安全

Short to GroundProtection：對地短路保護

Reverse CurrentProtection：反向電流保護

Polarity reversalprotection：極性反轉保護

Reverse bleedprevention：避免反流

Reverse CurrentProtection：反向電流保護

兩種技術的主要區別在于eFuse能夠實時跟蹤內置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的高電流應用中仍會流行。而eFuse的持續電流承受能力從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。

eFuse和熱插拔控制器 ↓

Hot Swap Controller：熱插拔控制器

eFuse現在被應用于各種云應用中，包括用作存儲設備的企業硬盤驅動器（HDD）和固態硬盤（SSD）、存儲系統中的背板保護、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，并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：

eFuse用于云應用 ↓

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）：存儲系統 （網絡附加存儲NAS）

Blade Server Electronics：刀片服務器電子

01

適用于所有應用的快速、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，具體取決于短路事件的類型。同時，大多數eFuse都基于編程的電流極限值在幾微秒（《5μs）內響應短路事件，并將電流保持在編程值，直到芯片溫度超過熱關斷閾值為止。

02

熱插拔風扇和存儲系統

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很大的涌流。然而，在輸出端采用可控制和可編程轉換率的eFuse有助于減少大浪涌電流，從而保護系統。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。

03

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，還要非常快。對于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（3mmx3mm）和DFN10（4mmx4mm）封裝有助于應對挑戰和支援緊湊的布板。

總結

由于提高電源使用效率（PUE）比率日增的壓力和愿望，數據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、汽車和電信設備過流保護的挑戰。