50A高度集成E-FuseIS6105A

高度集成化

PMBus協(xié)議

高速故障響應(yīng)

計(jì)算密集型應(yīng)用和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理需求的不斷增長，服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要大電流的穩(wěn)定供應(yīng)以支持高性能計(jì)算。伴隨著功率需求的顯著增加，電源系統(tǒng)必須具備高效的過流保護(hù)和監(jiān)控能力。

傳統(tǒng)的大電流電源保護(hù)方案通常依賴多個分立器件，但在高功率應(yīng)用下，面臨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性增加、空間占用過多及維護(hù)困難等問題。為滿足更小占板面積的需求，所采用元器件數(shù)量不斷減少。在產(chǎn)品上市時間縮短的情況下，工程師需設(shè)法簡化設(shè)計(jì)，長工微提供了一種創(chuàng)新的解決方案應(yīng)對上述設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

50A高度集成E-Fuse

IS6105A，是一款專為熱插拔保護(hù)設(shè)計(jì)的芯片，能夠有效保護(hù)輸入免受輸出短路和瞬態(tài)影響。在啟動期間，可通過設(shè)置輸出電壓上升斜率來限制浪涌電流。IS6105A內(nèi)置MOSFET和采樣電阻，并配備PMBus數(shù)字通信接口，將電源保護(hù)、監(jiān)控和控制功能高度集成于單一的硅片中。在有效處理高電流負(fù)荷的同時，最大限度地減少外部元器件的使用數(shù)量，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品圖片

IS6105A支持4V-16V寬電壓輸入，配備電流監(jiān)測功能（IMON），并采用RDS_ON為1.2mΩ的集成功率MOSFET，內(nèi)置先進(jìn)的片上電流采樣技術(shù)，可快速準(zhǔn)確檢測電流。芯片內(nèi)部設(shè)置輔助泄放外部輸出電容能量功能，當(dāng)觸發(fā)保護(hù)及使能關(guān)閉時，可以更快降低輸出，關(guān)閉后端回路，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電路在異常狀態(tài)下快速下電，達(dá)到保護(hù)電路功能。

高度集成化

IS6105A將多種分立器件功能高度集成于4mm x 5mm 的大小內(nèi)，芯片內(nèi)部同時集成了全面控制功能模塊、高精度偵測模塊及低內(nèi)阻高速率導(dǎo)通MOSFET，相較于分立組合，該芯片可減少周邊零件的數(shù)量，降低設(shè)計(jì)空間和成本。

圖：IS6105A對比分立式熱插拔解決方案

兼容PMBus協(xié)議通訊

IS6105A兼容PMBus 1.3標(biāo)準(zhǔn)，可提供簡單而靈活的配置方式、電路板的精確系統(tǒng)控制及具體的遠(yuǎn)程監(jiān)控和遙測技術(shù)。PMBus接口允許編程多種參數(shù)，如電壓、電流、溫度和故障參數(shù)，并讀取和報(bào)告實(shí)時信息，用戶可動態(tài)調(diào)節(jié)這些參數(shù)，以便快速便捷地整合電源信息，進(jìn)行更加高效的電源管理，符合數(shù)據(jù)中心對高電流、高效能保護(hù)及系統(tǒng)簡化的多重需求。如下圖，IS6105A通過PMBus修改OVP的保護(hù)模式示例：

圖：通過PMBus設(shè)置OVP為LATCH模式

圖：通過PMBus設(shè)置OVP為RETRY模式

全面高精度電流電壓信號采集

支持PMBus協(xié)議讀取實(shí)時電壓電流大小的同時，IS6105A通過內(nèi)部高精度電壓電流采集模組，可快速獲得即時電壓（VIN/VOUT）、電流（IOUT）、溫度（Temperature）、功率（PIN）等數(shù)據(jù)，并做出反應(yīng)調(diào)節(jié)。在無需PMBus通訊的電路應(yīng)用時，IS6105A可通過IMON引腳到地的外部電阻，產(chǎn)生與器件電流成比例的電壓，實(shí)現(xiàn)電流值的監(jiān)測和反饋。

圖：VIN精度為量程范圍的±1%

圖：VOUT精度為量程范圍的±1%

圖：溫度精度在量程范圍內(nèi)±3%

圖：PMBus IOUT精度在量程范圍的±5%內(nèi)

圖：Imon 精度為量程范圍的10A-50A ±3%

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支持熱插拔(Hot plug)應(yīng)用

與許多通信基礎(chǔ)架構(gòu)一樣，高可用性和高可靠性是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。可插拔模塊和PCB（如服務(wù)器和存儲設(shè)備）在電源接口需要保護(hù)和控制電路，通常將此電路稱之為熱插拔控制電路。

在熱插拔(Hot plug)應(yīng)用下，輸入端會在熱插拔瞬間產(chǎn)生極高電壓，存在對后端器件的過壓擊穿風(fēng)險(xiǎn)，為防止瞬間高壓傳導(dǎo)至E-Fuse后端造成器件損壞，應(yīng)避免在插入后立即上電，盡可能等待輸入電壓穩(wěn)定后再進(jìn)行上電。IS6105A支持用戶通過預(yù)設(shè)的插入延時來延后芯片啟動，避開插入瞬間的抖動電壓。從插入瞬間開始timer進(jìn)入插入延時計(jì)數(shù)，在timer計(jì)數(shù)結(jié)束且滿足上電條件時，VOUT開始進(jìn)行軟啟動。通過timer計(jì)數(shù)來引入插入延時，可以有效避免后端器件因插入瞬間不穩(wěn)定的電壓導(dǎo)致過壓擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

圖：IS6105A熱插拔啟動示意圖

圖：IS6105A的熱插拔啟動波形示意圖

高速的故障響應(yīng)

為避免負(fù)載電源及器件短路或過載引發(fā)的停機(jī)，用戶可通過ISET引腳設(shè)置E-Fuse的最大電流限制。當(dāng)監(jiān)測到電流超過設(shè)定值時，系統(tǒng)將限制電流并進(jìn)行故障計(jì)時。如果在計(jì)時內(nèi)電流下降至正常值，芯片可及時退出OC狀態(tài)恢復(fù)運(yùn)行（OC RECOVER）。反之，計(jì)時結(jié)束后電流未能降至設(shè)定值以下，芯片將關(guān)閉電流限制功能，并通過故障匯報(bào)引腳拉低，迅速切斷回路（OCP）。

圖：IS6105A的過流保護(hù)以及過流恢復(fù)示意圖

圖：IS6105A的OCP實(shí)測波形示意圖

對于抬升速度更快，電流值更大的瞬間大電流而言，IS6105A會立即觸發(fā)SCP保護(hù)，支持在200ns內(nèi)做出反應(yīng)并將FET關(guān)斷。在設(shè)定的時間間隔后嘗試自恢復(fù)限流上電，如果未能退出過流狀態(tài)，芯片將不再上電，進(jìn)入latch模式等待用戶排除故障后手動重啟。

圖：IS6105A的短路電流示意圖

圖：IS6105A的SCP實(shí)測波形示意圖

充裕的安全工作區(qū)間（SOA）

MOSFET作為E-Fuse能否運(yùn)行的關(guān)鍵，其安全工作區(qū)域（SOA）的參數(shù)決定了E-Fuse電氣性能的上限。擁有更大的SOA意味著芯片可以安全穩(wěn)定地工作在更大電壓及電流范圍內(nèi)。下圖為IS6105A的SOA，可看到IS6105A作為一顆支持恒定拉載50A的E-Fuse，其極限電流為110A，留出了極其充裕的電流余量，在瞬間大電流流經(jīng)時，IS6105A仍可以正常工作。

為防止MOSFET導(dǎo)通前過大的VDS疊加IDS超出SOA。IS6105A有著完善的預(yù)防功能。芯片內(nèi)部除了使用軟啟動抑制浪涌的同時，還設(shè)置了軟啟動上電的電流限制，以確保MOS工作在SOA以內(nèi)。

圖：IS6105A 安全工作區(qū)域（SOA）圖表

【關(guān)于長工微】

東莞市長工微電子有限公司成立于2016年5月，坐落于東莞松山湖，擁有專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，堅(jiān)持自主正向研發(fā)，致力于高性能低壓大電流電源芯片設(shè)計(jì)。針對XPU供電領(lǐng)域的國產(chǎn)空白，推出全套6A-1000A電源解決方案，打破了國外芯片壟斷的現(xiàn)狀。產(chǎn)品包括開關(guān)電源、多相控制器、智能功率級、電源模塊等，可廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、通訊、消費(fèi)電子等市場。