长工微电子50A热插拔eFuse产品解决方案

随着AI及机器学习技术迭代发展，服务器需同时承载海量数据处理与存储任务，整机能耗居高不下。单块服务器主板的稳态额定功率高达5kW，常规通用服务器额定功率仅为1kW或2kW。在设备外形尺寸保持不变的前提下，功率密度不断提升，给系统设计带来了诸多技术挑战。

下图显示了12V AI服务器中的典型配电情况，输入在受到热插拔电路的保护后，再分配到下游系统负载。

回顾多年来热插拔电路架构配置的演进历程，不难发现其发展特征颇具特点。热插拔解决方案主要由三个核心组件组成：作为主电源控制开关的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、用于检测电流的感应电阻器，以及热插拔控制器。

如下图所示：本质上，热插拔控制器具备电流和功率限制功能，可限制浪涌和故障电流，同时保障MOSFET 始终工作在安全工作区（SOA）范围内。

传统热插拔分立式方案存在明显短板：

占用PCB面积大、外围元件多：需搭配控制器、MOSFET、采样电阻、二极管、TVS等诸多元器件，占用面积是集成eFuse方案的2–3倍，布局布线复杂度高。

保护精度低、一致性差：受采样电阻、运放温漂影响，电流检测误差可达±5%~±10%，且无内置MOSFET过热保护，易超SOA工作范围，需额外增设测温电路。

响应慢、故障隔离能力弱：短路响应为μs–ms级（eFuse为ns级），易烧MOSFET/连接器

基于传统分立式方案的上述不足，行业正逐步采用内置MOSFET、通过导通电阻Rdson实现采样电流的热插拔eFuse替代，该方案可有效缩减系统整体占用面积，大幅度提高功率密度，同时集成电流，温度等多类型故障保护与实时监测功能。

长工微热插拔eFuse产品输出电流可从6A到50A，输入电压适配4V到16V，部分产品支持PMBus接口及并联使用，符合大部分数据中心应用的需求。

产品介绍（以IS6108B为例）

IS6108B是内置0.8mΩ MOSFET的集成热插拔保护IC，用来做电压/电流等故障保护。器件的电流限制保护值可通过OCREF 与地之间的电阻来灵活设置。该IC集成了电流检测电路，并可提供模拟电流监控信号。为限制后端负载上电瞬间的浪涌电流，可通过在SS 引脚与地之间外接电容，设定输出软启动时长。

IS6108B支持向系统提供故障指示（GOK）与故障类型（FLT_TYPE）信号，便于系统状态监控与故障诊断。此外，IS6108B支持多芯片并联连接，用于更高电流的应用，且在并行应用的软启动期间，芯片间可实现主动均流，保证负载电流均衡分配。

产品特点

1) 宽输入电压范围4V-16V

2) 内置0.8mΩ MOSFET

3) 精准的电流检测 ±2%

4) 可调的软启动时间

5) 过流保护（OCP）、短路保护（SCP）阈值可调

6) 快速短路保护响应时间（典型值200ns）

7) 故障指示和故障类型输出

8) 支持更高电流的并联应用

9) 并联应用中，软启动过程中主动均流功能

单路应用框图

并联应用框图

重点功能介绍

软启动过程中主动均流

上图是典型应用及内部框图：①当Channel2输出电流IOUT2大于Channel1输出电流IOUT1时，对应单相采样电压满足VCS2＞VCS1；

②因所有相IMON引脚短接，VIMON为N相总输出电流IOUT的平均值对应电压（即VIMON对应IOUT/N），因此形成VCS2＞VIMON＞VCS1的电压关系；

③误差放大器（EA）根据VCSx与VIMON差值调节：

Channel2：EA输出升高→VSS_FB2电压增大→M2栅极电压升高→GATE2驱动信号减弱→IOUT2减小；

Channel1：EA输出降低→VSS_FB1电压减小→M2栅极电压降低→GATE1驱动信号增强→IOUT1增大；

④上述调节过程持续进行，直至所有相输出电流趋于一致，实现N相电流均衡控制。

功率限制

IS6108B采用单片集成（Monolithic）工艺，在功率管区域内放置了多个温度Senser，控制器可快速感知不同区域MOSFET的温度变化，并通过OTP 方式实现可靠保护。由于功率损耗最终会转化为器件温升，OTP 可实时监测芯片结温状态，作为功率限制的核心依据与最终保护手段。

IS6108B的Power Limit设定值是300W，当VIN=16V， Ids=300W/16V=16.875A，可以理解为SS OCP=16.875A.

备注：采用MCM封装的efuse，因温度Senser和MOS管之间存在绝缘层，不能快速感知MOS温度，且难以布置多颗温度Senser，仅能依靠SS OCP实现防护。

测试结果展示

热插拔测试

芯片内置插入延时功能，可延后上电启动，避开插入瞬间的抖动电压。待插入延时结束后，VOUT再进入软启动过程，有效避免后端器件因插入瞬间不稳定的电压引发过压击穿风险。

SCP测试

对于输出出现的快速大电流负载，IS6108B会立即触发SCP保护，在200ns内做出反应并将FET关断，此时FLT_TYPE 电压为1.5V，代表芯片触发SCP保护。

VINOV保护功能测试

2颗并联的均流测试：带载20A启动

0-55A IMON精度测试

IS6108B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，实现高精度电流值的监测。

【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，推出单相4A到多相1000A 电源解决方案，产品涵盖开关电源、多相控制器、智能功率级、电源模块等，可广泛应用于人工智能，服务器，工业通讯，计算机等市场领域。

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