50A高度集成E-FuseIS6105A

高度集成化

PMBus協議

高速故障響應

計算密集型應用和大規模數據處理需求的不斷增長，服務器等網絡設備需要大電流的穩定供應以支持高性能計算。伴隨著功率需求的顯著增加，電源系統必須具備高效的過流保護和監控能力。

傳統的大電流電源保護方案通常依賴多個分立器件，但在高功率應用下，面臨著設計復雜性增加、空間占用過多及維護困難等問題。為滿足更小占板面積的需求，所采用元器件數量不斷減少。在產品上市時間縮短的情況下，工程師需設法簡化設計，長工微提供了一種創新的解決方案應對上述設計挑戰。

50A高度集成E-Fuse

IS6105A，是一款專為熱插拔保護設計的芯片，能夠有效保護輸入免受輸出短路和瞬態影響。在啟動期間，可通過設置輸出電壓上升斜率來限制浪涌電流。IS6105A內置MOSFET和采樣電阻，并配備PMBus數字通信接口，將電源保護、監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荷的同時，最大限度地減少外部元器件的使用數量，簡化系統設計。

產品圖片

IS6105A支持4V-16V寬電壓輸入，配備電流監測功能（IMON），并采用RDS_ON為1.2mΩ的集成功率MOSFET，內置先進的片上電流采樣技術，可快速準確檢測電流。芯片內部設置輔助泄放外部輸出電容能量功能，當觸發保護及使能關閉時，可以更快降低輸出，關閉后端回路，實現負載電路在異常狀態下快速下電，達到保護電路功能。

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，芯片內部同時集成了全面控制功能模塊、高精度偵測模塊及低內阻高速率導通MOSFET，相較于分立組合，該芯片可減少周邊零件的數量，降低設計空間和成本。

圖：IS6105A對比分立式熱插拔解決方案

兼容PMBus協議通訊

IS6105A兼容PMBus 1.3標準，可提供簡單而靈活的配置方式、電路板的精確系統控制及具體的遠程監控和遙測技術。PMBus接口允許編程多種參數，如電壓、電流、溫度和故障參數，并讀取和報告實時信息，用戶可動態調節這些參數，以便快速便捷地整合電源信息，進行更加高效的電源管理，符合數據中心對高電流、高效能保護及系統簡化的多重需求。如下圖，IS6105A通過PMBus修改OVP的保護模式示例：

圖：通過PMBus設置OVP為LATCH模式

圖：通過PMBus設置OVP為RETRY模式

全面高精度電流電壓信號采集

支持PMBus協議讀取實時電壓電流大小的同時，IS6105A通過內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）等數據，并做出反應調節。在無需PMBus通訊的電路應用時，IS6105A可通過IMON引腳到地的外部電阻，產生與器件電流成比例的電壓，實現電流值的監測和反饋。

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±3%

圖：PMBus IOUT精度在量程范圍的±5%內

圖：Imon 精度為量程范圍的10A-50A ±3%

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支持熱插拔(Hot plug)應用

與許多通信基礎架構一樣，高可用性和高可靠性是數據中心系統設計的關鍵要素。可插拔模塊和PCB（如服務器和存儲設備）在電源接口需要保護和控制電路，通常將此電路稱之為熱插拔控制電路。

在熱插拔(Hot plug)應用下，輸入端會在熱插拔瞬間產生極高電壓，存在對后端器件的過壓擊穿風險，為防止瞬間高壓傳導至E-Fuse后端造成器件損壞，應避免在插入后立即上電，盡可能等待輸入電壓穩定后再進行上電。IS6105A支持用戶通過預設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進入插入延時計數，在timer計數結束且滿足上電條件時，VOUT開始進行軟啟動。通過timer計數來引入插入延時，可以有效避免后端器件因插入瞬間不穩定的電壓導致過壓擊穿的風險。

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

為避免負載電源及器件短路或過載引發的停機，用戶可通過ISET引腳設置E-Fuse的最大電流限制。當監測到電流超過設定值時，系統將限制電流并進行故障計時。如果在計時內電流下降至正常值，芯片可及時退出OC狀態恢復運行（OC RECOVER）。反之，計時結束后電流未能降至設定值以下，芯片將關閉電流限制功能，并通過故障匯報引腳拉低，迅速切斷回路（OCP）。

圖：IS6105A的過流保護以及過流恢復示意圖

圖：IS6105A的OCP實測波形示意圖

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SCP保護，支持在200ns內做出反應并將FET關斷。在設定的時間間隔后嘗試自恢復限流上電，如果未能退出過流狀態，芯片將不再上電，進入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實測波形示意圖

充裕的安全工作區間（SOA）

MOSFET作為E-Fuse能否運行的關鍵，其安全工作區域（SOA）的參數決定了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定地工作在更大電壓及電流范圍內。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，在瞬間大電流流經時，IS6105A仍可以正常工作。

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

圖：IS6105A 安全工作區域（SOA）圖表

【關于長工微】

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，擁有專業技術團隊，堅持自主正向研發，致力于高性能低壓大電流電源芯片設計。針對XPU供電領域的國產空白，推出全套6A-1000A電源解決方案，打破了國外芯片壟斷的現狀。產品包括開關電源、多相控制器、智能功率級、電源模塊等，可廣泛應用于服務器、計算機、通訊、消費電子等市場。