长工微电子50A高度集成E-Fuse IS6105A解决方案

50A高度集成E-FuseIS6105A

高度集成化

PMBus协议

高速故障响应

计算密集型应用和大规模数据处理需求的不断增长，服务器等网络设备需要大电流的稳定供应以支持高性能计算。伴随着功率需求的显著增加，电源系统必须具备高效的过流保护和监控能力。

传统的大电流电源保护方案通常依赖多个分立器件，但在高功率应用下，面临着设计复杂性增加、空间占用过多及维护困难等问题。为满足更小占板面积的需求，所采用元器件数量不断减少。在产品上市时间缩短的情况下，工程师需设法简化设计，长工微提供了一种创新的解决方案应对上述设计挑战。

50A高度集成E-Fuse

IS6105A，是一款专为热插拔保护设计的芯片，能够有效保护输入免受输出短路和瞬态影响。在启动期间，可通过设置输出电压上升斜率来限制浪涌电流。IS6105A内置MOSFET和采样电阻，并配备PMBus数字通信接口，将电源保护、监控和控制功能高度集成于单一的硅片中。在有效处理高电流负荷的同时，最大限度地减少外部元器件的使用数量，简化系统设计。

产品图片

IS6105A支持4V-16V宽电压输入，配备电流监测功能（IMON），并采用RDS_ON为1.2mΩ的集成功率MOSFET，内置先进的片上电流采样技术，可快速准确检测电流。芯片内部设置辅助泄放外部输出电容能量功能，当触发保护及使能关闭时，可以更快降低输出，关闭后端回路，实现负载电路在异常状态下快速下电，达到保护电路功能。

高度集成化

IS6105A将多种分立器件功能高度集成于4mm x 5mm 的大小内，芯片内部同时集成了全面控制功能模块、高精度侦测模块及低内阻高速率导通MOSFET，相较于分立组合，该芯片可减少周边零件的数量，降低设计空间和成本。

图：IS6105A对比分立式热插拔解决方案

兼容PMBus协议通讯

IS6105A兼容PMBus 1.3标准，可提供简单而灵活的配置方式、电路板的精确系统控制及具体的远程监控和遥测技术。PMBus接口允许编程多种参数，如电压、电流、温度和故障参数，并读取和报告实时信息，用户可动态调节这些参数，以便快速便捷地整合电源信息，进行更加高效的电源管理，符合数据中心对高电流、高效能保护及系统简化的多重需求。如下图，IS6105A通过PMBus修改OVP的保护模式示例：

图：通过PMBus设置OVP为LATCH模式

图：通过PMBus设置OVP为RETRY模式

全面高精度电流电压信号采集

支持PMBus协议读取实时电压电流大小的同时，IS6105A通过内部高精度电压电流采集模组，可快速获得即时电压（VIN/VOUT）、电流（IOUT）、温度（Temperature）、功率（PIN）等数据，并做出反应调节。在无需PMBus通讯的电路应用时，IS6105A可通过IMON引脚到地的外部电阻，产生与器件电流成比例的电压，实现电流值的监测和反馈。

图：VIN精度为量程范围的±1%

图：VOUT精度为量程范围的±1%

图：温度精度在量程范围内±3%

图：PMBus IOUT精度在量程范围的±5%内

图：Imon 精度为量程范围的10A-50A ±3%

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支持热插拔(Hot plug)应用

与许多通信基础架构一样，高可用性和高可靠性是数据中心系统设计的关键要素。可插拔模块和PCB（如服务器和存储设备）在电源接口需要保护和控制电路，通常将此电路称之为热插拔控制电路。

在热插拔(Hot plug)应用下，输入端会在热插拔瞬间产生极高电压，存在对后端器件的过压击穿风险，为防止瞬间高压传导至E-Fuse后端造成器件损坏，应避免在插入后立即上电，尽可能等待输入电压稳定后再进行上电。IS6105A支持用户通过预设的插入延时来延后芯片启动，避开插入瞬间的抖动电压。从插入瞬间开始timer进入插入延时计数，在timer计数结束且满足上电条件时，VOUT开始进行软启动。通过timer计数来引入插入延时，可以有效避免后端器件因插入瞬间不稳定的电压导致过压击穿的风险。

图：IS6105A热插拔启动示意图

图：IS6105A的热插拔启动波形示意图

高速的故障响应

为避免负载电源及器件短路或过载引发的停机，用户可通过ISET引脚设置E-Fuse的最大电流限制。当监测到电流超过设定值时，系统将限制电流并进行故障计时。如果在计时内电流下降至正常值，芯片可及时退出OC状态恢复运行（OC RECOVER）。反之，计时结束后电流未能降至设定值以下，芯片将关闭电流限制功能，并通过故障汇报引脚拉低，迅速切断回路（OCP）。

图：IS6105A的过流保护以及过流恢复示意图

图：IS6105A的OCP实测波形示意图

对于抬升速度更快，电流值更大的瞬间大电流而言，IS6105A会立即触发SCP保护，支持在200ns内做出反应并将FET关断。在设定的时间间隔后尝试自恢复限流上电，如果未能退出过流状态，芯片将不再上电，进入latch模式等待用户排除故障后手动重启。

图：IS6105A的短路电流示意图

图：IS6105A的SCP实测波形示意图

充裕的安全工作区间（SOA）

MOSFET作为E-Fuse能否运行的关键，其安全工作区域（SOA）的参数决定了E-Fuse电气性能的上限。拥有更大的SOA意味着芯片可以安全稳定地工作在更大电压及电流范围内。下图为IS6105A的SOA，可看到IS6105A作为一颗支持恒定拉载50A的E-Fuse，其极限电流为110A，留出了极其充裕的电流余量，在瞬间大电流流经时，IS6105A仍可以正常工作。

为防止MOSFET导通前过大的VDS叠加IDS超出SOA。IS6105A有着完善的预防功能。芯片内部除了使用软启动抑制浪涌的同时，还设置了软启动上电的电流限制，以确保MOS工作在SOA以内。

图：IS6105A 安全工作区域（SOA）图表

【关于长工微】

东莞市长工微电子有限公司成立于2016年5月，坐落于东莞松山湖，拥有专业技术团队，坚持自主正向研发，致力于高性能低压大电流电源芯片设计。针对XPU供电领域的国产空白，推出全套6A-1000A电源解决方案，打破了国外芯片垄断的现状。产品包括开关电源、多相控制器、智能功率级、电源模块等，可广泛应用于服务器、计算机、通讯、消费电子等市场。