Die Ära der eFuse ist hereingebrochen.

Es ist unbestritten, dass Strom aus der Elektromobilität bis hin zu KI - Rechenzentren, von der Energiespeicherung und der Industrie bis hin zum Markt für Konsumelektronik das treibende Blut aller Aktivitäten geworden ist.

Allerdings gehen mit der zunehmenden Stromnutzung potenzielle Risiken wie Überstrom, Kurzschluss, Spannungsspitzen und Probleme bei der systemweiten Koordination einher, die ständig die Stabilität und Sicherheit komplexer elektronischer Systeme bedrohen. Herkömmliche Sicherungen zeigen aufgrund ihrer Einschränkungen wie einmaligem Auslösen, langsamer Reaktionszeit und begrenzter Funktionalität ihre Schwächen.

Genau in diesem Kontext rückt der elektronische Sicherungsschalter (eFuse) - ein intelligentes Schaltungsschutzkonzept basierend auf Halbleitertechnologie - aus der Nische in den Mittelpunkt und wird zum Schlüsselbaustein für die Innovation und zuverlässige Funktion von Branchen.

Vom herkömmlichen Sicherungssystem zum eFuse (Quelle: Automotive Electronics and Software)

Ein eFuse besteht in der Regel aus einem Leistungs - MOSFET, einem Strommesskreis, einer Steuerlogik und verschiedenen Schutzfunktionsmodulen. Viele Modelle integrieren auch Überspannungsschutz, thermisches Abschalten, Sperrung des Rückstroms, sanften Start und Fehlerberichterstattung. Seine Kernfunktionen umfassen die intelligente Schutzfunktion in Bezug auf Überstrom, Überspannung, Überhitzung und Rückstrom in mehreren Dimensionen. Darüber hinaus verfügt er über eine Reaktionszeit im Mikrosekundenbereich, programmierbare Schwellwerte und Selbstheilungsfähigkeit, was die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems erheblich verbessert.

Im Vergleich zu herkömmlichen Sicherungen und PPTC - Selbstheilenden Sicherungen bietet der eFuse zahlreiche signifikante Vorteile.

Vergleich der Eigenschaften von eFuse und anderen Sicherungstechnologien (Quelle: EEWorld)

Der eFuse - Markt befindet sich im Aufschwung

Das starke Wachstum des eFuse - Marktes wird von mehreren sich schnell entwickelnden Marktsegmenten angetrieben.

• Elektromobilität: Der Übergang der Automobilindustrie zur Elektromobilität ist einer der stärksten Treiber für den eFuse - Markt. Laut Daten der Internationalen Energieagentur (IEA) stieg die weltweite Elektromobilienverkaufszahl zwischen 2022 und 2023 um etwa 3,6 Millionen Fahrzeuge. Mit der Entwicklung von Fahrzeugen von 400 V zu 800 V Hochspannungsplattformen wird die sichere Isolierung und der Schutz von Kernkomponenten wie Batteriemanagementsystemen, Elektromotoren - Invertern und Bordladern immer komplexer und wichtiger.

Mit seiner schnellen Reaktionszeit im Millisekunden - oder sogar Nanosekundenbereich, präzise einstellbaren Schutzschwellwerten und Selbstheilungsfähigkeit kann der eFuse die Ausbreitung von Fehlern effektiv verhindern, teure Hochspannungskomponenten schützen und die Funktionsaktualisierung und Diagnose über OTA unterstützen. Dies entspricht perfekt den Anforderungen von intelligenten Elektromobilen.

Tesla war einer der ersten Befürworter der eFuse - Technologie. Bereits im 2017 vorgestellten Model 3 hat Tesla weitgehend eFuses anstelle der herkömmlichen Kombination aus Relais und Sicherungen im Niederspannungssystem eingesetzt. Diese Maßnahme hat nicht nur die Verkabelung vereinfacht, sondern auch die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wartbarkeit des elektrischen Systems des Fahrzeugs dank der schnellen Reaktionszeit, der Diagnosefähigkeit und der Selbstheilungsfähigkeit der eFuses erheblich verbessert und somit eine solide Grundlage für die intelligenten Funktionen des Fahrzeugs gelegt.

Im weiteren Verlauf wird der eFuse bei der Umstellung der intelligenten Fahrzeugverteilungsarchitektur von der herkömmlichen zentralisierten auf eine verteilte Architektur eine Schlüsselrolle spielen. Jede Bereichssteuereinheit (RCU) ist mit einem eFuse ausgestattet, um die intelligente Stromverteilung im Bereich zu ermöglichen. Diese Konstruktion reduziert die Verkabelungslänge, das Gewicht und verbessert die Zuverlässigkeit.

Andererseits wird das Fahrzeugstromversorgungssystem von der herkömmlichen 12 - V - auf eine 48 - V - Systemarchitektur umgestellt. Die eFuse - Technologie spielt dabei eine wichtige Rolle.

Quelle: Automotive Electronics and Software

Im 48 - V - System wird der eFuse zur Isolierung des 12 - V - und des 48 - V - Systems verwendet, um die sichere Funktion beider Systeme zu gewährleisten. Bei einem Fehler im 48 - V - System kann der eFuse die Verbindung zwischen 48 V und 12 V schnell unterbrechen, um die Ausbreitung des Fehlers auf das 12 - V - System zu verhindern.

Insgesamt wird die Sicherheit des elektrischen Systems im Automobilbereich durch die Transformation und Intensivierung der Automobiltechnologie auf ein neues Niveau der Intelligenz und Elektronik gehoben. Mit seinen revolutionären Vorteilen wie extrem schneller Reaktionszeit, präzisem Schutz, Selbstheilungsfähigkeit, intelligenter Diagnose, platzsparender Bauweise und Kosteneinsparung wird der eFuse zu einem unverzichtbaren Kernschutzelement in der neuen elektrischen Fahrzeugarchitektur. Von Teslas Vorreiterrolle bis hin zur heftigen Konkurrenz zwischen globalen Halbleiterriesen und aufstrebenden chinesischen Herstellern hat der eFuse - Markt bereits Feuer gefangen. Mit der Verbreitung von ADAS/AD und der Aufrüstung der 48 - V - Systeme wird dieser Wettlauf um die Fahrzeugsicherheit zweifellos den elektrifizierten und intelligenten Wandel der gesamten Branche beschleunigen.

• KI - Rechenzentren und Hochdichte - Speicher: Das explosive Wachstum der generativen KI hat die Rechenzentren in eine neue Phase des Wettbewerbs um Leistung und Dichte katapultiert. Der Stromverbrauch von KI - Servern erreicht immer neue Höchstwerte. Beispielsweise kann ein Server mit acht H100 - Chips bei Volllast einen Stromverbrauch von 8,4 kW erreichen, und bei größeren Clustern kann die Leistung pro Slot 15 kW überschreiten. Dies führt dazu, dass die Stromversorgungsarchitektur von 12 V auf 48 V oder sogar höhere Spannungen umgestellt wird, um die Leistungserfordernisse im Kilowatt - Bereich und darüber zu decken. In diesem Kontext ist die absolute Zuverlässigkeit der Stromversorgungspfade und die Möglichkeit, Hardware ohne Serviceunterbrechung zu wechseln, für den Betrieb von Rechenzentren von entscheidender Bedeutung.

Der eFuse, insbesondere in Kombination mit Hot - Swap - Controllern, wird zum Kern für die Schaffung einer "stromlosen Schutzlinie". Sie bieten nicht nur eine sehr schnelle Fehlerisolierung, sondern integrieren auch digitale Überwachungsfunktionen, die Spannung, Strom, Leistung und Fehlerstatus in Echtzeit melden und somit die datenbasierte vorbeugende Wartung ermöglichen, die Betriebszeit der Server maximieren und die Gesamtbetriebskosten der Rechenzentren senken.

Darüber hinaus steigt in Hochdichte - und komplexen Speichersystemen der Bedarf an präzisen eFuse - Chips, um die thermische Sicherheit und den Schutz der Stromversorgungspfade zu gewährleisten. Mit der zunehmenden Installation von Großspeichern (SSD) und Servern in Unternehmensumgebungen werden eFuse - Lösungen in die Stromübertragungsarchitektur integriert, um die Leistung zu optimieren und Wärmeprobleme zu vermeiden.

• High - End - Konsumelektronik: Konsumelektronikprodukte wie Smartphones, Tablets und High - End - Laptops streben nach schnellerer Ladung, stärkeren Funktionen und kompakterer Bauweise. Gleichzeitig steigen die Komplexität und das Risiko des internen Stromversorgungssystems. Mit seiner Selbstheilungsfähigkeit, Präzision, hoher Integrationsdichte und kompakter Bauweise kann der eFuse die USB - Anschlüsse, den Batterielade - und Entladekreis sowie das Anzeigemodul und andere kritische Pfade präzise schützen und gleichzeitig den Ingenieuren wertvollen Platz auf der Leiterplatte sparen. Laut Daten von Research Nester gibt es 2024 weltweit über 4,69 Milliarden Nutzer von Smartgeräten, was einen breiten Markt für die Anwendung von eFuses in der Konsumelektronik bietet.
• Energiespeicherung: eFuses werden hauptsächlich für den Überstromschutz von Batteriepacks, den Eingangsschutz von Energiespeichersystemen und die intelligente Frühwarnung eingesetzt. Beispielsweise kann ein eFuse in einem Batteriemanagementsystem (BMS) in die Batteriepacks integriert werden, um Fehlfunktionen aufgrund von Überstrom oder Überhitzung zu verhindern und die Batteriesicherheit zu gewährleisten.
• Industrie: eFuses werden in der Stromversorgungsverwaltung von Industrierobotern, Multifunktionsgeräten und anderen Geräten eingesetzt und bieten Schutz vor Überstrom, Überhitzung und anderen Problemen. In der industriellen Automatisierung werden eFuses für den Schutz der Ein - und Ausgangsports von PLCs verwendet, um Geräte vor Spannungsschwankungen oder Kurzschlüssen zu schützen.

Es ist ersichtlich, dass der eFuse - Markt aufgrund seiner produktspezifischen Vorteile und der vielfältigen Marktbedürfnisse eine solide Nachfragebasis und ein klares Wachstumspotenzial hat. Laut Branchenanalyseberichten hat der weltweite eFuse - IC - Markt 2024 ein Volumen von etwa 550 Millionen US - Dollar erreicht und wird bis 2037 auf 950 Millionen US - Dollar ansteigen.

Dieser Wachstumstrend ist das Ergebnis der digitalen und intelligenten Entwicklung von Elektronikprodukten und zeigt das enorme Wachstumspotenzial und den Marktplatz für den eFuse - Markt.

Globale Halbleiterriesen konkurrieren um den eFuse - Markt

Angesichts der eindeutigen Marktchancen setzen die globalen Halbleiterriesen verstärkt auf den eFuse - Markt, und die Konkurrenz wird immer heftiger. Internationale Hersteller stärken ihre Marktposition durch Technologieinnovation, Erweiterung des Produktportfolios und Ökosystem - Partnerschaften.

Texas Instruments

Texas Instruments (TI) hat sich mit seiner langjährigen Erfahrung in der Stromversorgungsverwaltung eine differenzierte Position im eFuse - Markt erarbeitet. Angesichts der Einschränkungen der herkömmlichen Kombination aus Hot - Swap - Controllern und diskreten FETs in Hochleistungsanwendungen wie großer Baugröße, komplexer Design, schwieriger Fehlererkennung, ungleichmäßiger Stromverteilung und Fehlauslösungen hat TI frühzeitig an der Integrationstechnologie innoviert und eine Familie von 48 - V - Hot - Swap - eFuse - Bauelementen speziell für Rechenzentren entwickelt, um die Grenzen der herkömmlichen Lösungen zu überwinden.

Der TPS1685 ist als Kernprodukt der Familie ein bevorzugtes Lösung für den Schutz von Hochleistungsstromversorgungen. Seine Kernvorteile liegen in der Design, Leistung und Zuverlässigkeit. In Bezug auf die Integrationsdichte hat es auf die externen Messwiderstände und Strommessverstärker verzichtet und durch die integrierte Kernfunktion die Schaltungsanordnung erheblich vereinfacht. Mit der LQFN - Verpackung wird die Größe der gesamten Lösung um 50 % reduziert, was den Anforderungen an die Miniaturisierung von Rechenzentren - Geräten entspricht.

Beim Leistungsupgrade kann der TPS1685 problemlos auf 6 kW hochskaliert werden, was die 4 - kW - Obergrenze der herkömmlichen diskreten Lösungen weit übersteigt. Durch den IMON - Pin kann die Gesamtstrombegrenzung des Systems realisiert werden, um Probleme bei der Widerstandsunterschiede in den Strompfaden zu vermeiden. Zusammen mit dem konfigurierbaren Überstrom - Blanking - Timer wird die Betriebsstabilität erheblich verbessert. Darüber hinaus unterstützt das Bauelement das Stapelfeature, um die Stromverarbeitungskapazität zu erhöhen, und integriert Funktionen wie Fehlerprotokollierung, FET - Sicherheit und aktive Stromverteilung, um die Systemzuverlässigkeit auf allen Ebenen zu verbessern.

Insgesamt kann das Bauelement das Design erheblich vereinfachen, die Integrationsdichte erhöhen und eine zuverlässige und kompakte Lösung für Rechenzentren bieten. Mit seiner genauen Einschätzung der Branchenanforderungen und Technologieinnovation hat TI eine technologische Barriere und einen Marktvorsprung im eFuse - Bereich geschaffen. Seine eFuse - Strategie ist auf die Anwendungsgebiete ausgerichtet und technologisch angetrieben. Sie bietet nicht nur eine zuverlässige Unterstützung für kritische Bereiche wie Rechenzentren, sondern führt auch die Branche in Richtung Integration, Hochleistung und Hoher Zuverlässigkeit.

Toshiba

Toshiba hat sich ebenfalls intensiv auf den eFuse - Markt konzentriert und hat eine differenzierte Position durch die genaue Anpassung an die vielfältigen Anforderungen und die Erweiterung des Produktportfolios erarbeitet. Kürzlich hat Toshiba fünf neue 40 - V - TCKE6 - Produkte in Serie produziert, die als Beispiel für effizienten Schutz dienen. Sie integrieren nicht nur Schutzfunktionen gegen Kurzschluss, Überstrom, Überspannung und Überhitzung, sondern haben auch einen breiten Eingangsspannungsbereich von 4,4 V bis 30 V, einen niedrigen Einschaltwiderstand von 52 mΩ und eine kleine TSOP6F - Verpackung (2,9 mm x 2,8 mm), was die Schaltungsentwicklung erheblich vereinfacht, den Stromverbrauch senkt und den Platz auf der Leiterplatte spart. Diese eFuse - ICs eignen sich für eine breite Palette von Anwendungen in der Industrie und der Konsumelektronik. In Zukunft wird Toshiba sein eFuse - Produktportfolio weiter erweitern und seine Wettbewerbsfähigkeit in der Nische stärken.

STMicroelectronics

STMicroelectronics (ST) hat eine Multi - Anwendungs - Strategie im eFuse - Markt entwickelt, die sich auf das Fahrzeug - und Industriebereich konzentriert. Mit der proprietären STi²Fuse - Technologie hat es eine reiche Produktpalette von Ein - bis Vierkanal - Produkten entwickelt, die sowohl die Bedürfnisse der intelligenten Stromverteilung in Fahrzeugen als auch die Schutzanforderungen in der Industrie und bei Servern erfüllen.

Für sicherheitskritische Anwendungen in Fahrzeugen kann der STi