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MOSFET 安然使命区对完成稳固热插拔应用的意义所在

宣布时间:2017年01月23日 15:01    宣布者:eechina
要害词: 热插拔 , 热插拔控制器 , 安然使命区
作者:凌力尔特公司混淆旌旗暗记产物部高等产物市场工程师 Pinkesh Sachdev

弁言

纵然是在拔出和拔出电路板和卡阻拦维修或许调剂容量时,义务要害的伺服器和通讯装备也必须能够不一连使命。热插拔控制器 IC 经由历程软启动电源,支持从正在使命的系统中拔出或移除电路板,从而防止了泛起毗连火花、背板供电滋扰和电路板卡复位等效果。控制器 IC 驱动与拔出电路板之电源相勾通的功率 MOSFET 开关 (图 1)。电路板拔出后,MOSFET 开关迟缓接通,这样,流入的浪涌电流对负载电容充电时能够保持在安然水平。

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图1:可拔出电路板的热插拔控制器

CONNECTORS:毗连器
BACKPLANE:背板
HOT SWAP CONTROLLER:热插拔控制器

当热插拔电路泛起误差时,懦弱环节浅易在 MOSFET 开掀开,是以能够会风险或破损热插拔控制器。MOSFET 泛起误差有数的启事是在选件时没有看重其安然使命区 (SOA)。相反,选择 MOSFET 时主要推敲了电阻 (RDS(on)) 上漏-源极和最年夜漏极电流 (ID(max))。或许,新设计基于负载电容较小的老款设计,异常的 MOSFET 能够很好的使命。年夜部门功率 MOSFET 针对低 RDS(on) 和快速开关阻拦了优化,许多电源系统设计师习气面向这些特点来选择 MOSFET,而 MOSFET 在显着时间于高消耗开关状态下过渡,却在电路忽视了 SOA。在 MOSFET 制造商参数选择表中没有 SOA,它着实不克不及赞助。纵然是重视到 SOA,由于 SOA 数据通常是基于盘算而不是测试数据,是以,应用的降额或余量着实不显着。

MOSFET 安然使命区

SOA 是对 MOSFET 在脉冲和 DC 负载时功率处置赏罚赏罚才干的权衡。在 MOSFET 产物手册的图表中阻拦了叙述,如图 2 的实例所示。其 x 轴是 MOSFET 漏-源极电压 (VDS),而 y 轴是漏极电流 (ID);两个轴都应用了对数坐标。在这张图中,直线 (每条代表不合的 tP) 体现恒定 MOSFET 功率。每条线代表了 MOSFET 在某一脉冲宽度 tP 时允许的功耗,tP 的规模在微秒至无限年夜 (DC)。例如,图中显示了关于 10ms 脉冲,MOSFET 漏-源极上有 5V 电压,流过的电流为 50A,盘算取得功耗是 250W。异常脉冲宽度下较低的功耗保证了安然 MOSFET 使命,图中标注为 10ms 线下面的区域,这就是 “安然使命区”。图的两头是由接通电阻、漏-源极击穿电压、和最年夜脉冲漏极电流决议。

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图 2:PSMN3R4-30BLE N 沟道 MOSFET 的安然使命区

为甚么 SOA 关于热插拔应用异常主要?

电路中接纳的年夜部门功率 MOSFET 都能够快速接通和关断,以纳秒的时间处于高消耗转换状态。在这类应用中,SOA 着实不是主要效果。相反,SOA 关于热插拔电路是异常主要,供应了输入浪涌电流控制 (软启动)、限流和电路断路器功效。要明确这一点,请看热拔出电路板的启动波形 (图 3a)。当电路板拔出到 12V 背板电源时,热插拔控制器期待毗连器接触反弹完成,随后软启动 MOSFET 栅极。然后,输入电压追随并在 40ms 内到达 12V。在这一软启动时代,会有 200mA 的电容充电电流流过 MOSFET,而其漏-源极电压从 12V (= 12VIN − 0VOUT) 简直降至 0V (= 12VIN − 12VOUT)。在负载上泛起短路时 (图 3b),控制器将 MOSFET 上的电流限制在 6A,电压为12V (= 12VIN − 0VOUT)。这一 72W 功耗状态一连 1.2ms,直至电路断路器准时器计时阻拦。在启动浪涌和限流等状态中,须要热插拔 MOSFET 处置赏罚赏罚一连数百微秒至数十毫秒的显着功耗,应重视其 SOA 性能。

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图 3a. 电路板热拔出到 12V 背板电源时的软启动

CONTACT BOUNCE:接触反弹

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图 3b. 输入短路时代的限流

CONTACT BOUNCE:接触反弹
SINGLE PULSE:单脉冲
GUARANTEED:有保证的

集成 MOSFET 热插拔控制器和有保证的 SOA

凌力尔特公司供应了集成 MOSFET 的热插拔控制器系列,设计师不须要破费时间来搜索 MOSFET 数据质料以到达最好适配,从而简化了热插拔设计师的使命。这一系列中的最新型号 LTC4233 和 LTC4234 (图 4) 是集成了 MOSFET 和电流检测功效的 10A 和 20A 热插拔控制器,供电规模在 2.9V 至 15V,笼罩了尺度 3.3V、5V 和 12V 电源。经由历程集成两个最要害和最年夜的热插拔组件 (功率 MOSFET 和检测电阻),这些控制器有助延伸设计时间和减小电路板面积,为事实产物增添了更有价值的特点。

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图 4:LTC4234:20A 有保证的 SOA 热插拔控制器

Guaranteed SOA:有保证的SOA
HOT SWAP:热插拔
Power Good:电源优胜
Current Monitor:电流监视器
Current Limit Timer:限流准时器
Current Limit Adjustment and Temperature Monitor:限流调剂和温度监视器

LTC4233 和 LTC4234 控制器独占的特点是产物手册中保证了其外部 MOSFET SOA,而这在自力 MOSFET 中是找不到的。每器件的 SOA 在 SOA 图中的单点上经由了产物临盆测试。图 5 显示了 LTC4234 的 SOA 图。从输入至输入上应用 13.5V 电压,输入源出 6A 并一连 30ms,以对其 SOA 阻拦了测试。得出的功耗是 81W。这在 SOA 图中以红点体现。接纳了异常的电压对 LTC4233 阻拦了测试,只是电流和功率减半 (即 3A 和 40.5W 并一连 30ms)。重视,LTC4233 和 LTC4234 SOA 图显示了有保证的最小 SOA,而 MOSFET 数据表显示了尺度值。

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图 5:LTC4234 热插拔控制器有保证的安然使命区图

SINGLE PULSE:单脉冲
GUARANTEED:有保证的

LTC4233 和 LTC4234 还输上天参考旌旗暗记,该旌旗暗记与经由历程外部检测电阻器上的负载电流成正比。可以接纳外部模数转换器 (图 4) 来丈量这一输入,向系统治理职员供应电路板电流和功耗数据。经由历程一个外部电阻器从其默许值减小限流值,这样,可以迅速调剂以顺应静态负载变换和种种应用。可选欠压和过压门限掩护了下游负载不受超出有用窗口电压的影响,从而防止了泛起电路误差和风险。纵然在不须要热拔出的地方,控制器也能够或许用于完成浪涌电流控制、限流和电路断路器功效。这些控制器的尺度应用网罗在义务要害的服务器、群集路由器和交流机、企业固态硬盘存储和工业系统中空间受限的高密度电路板和卡等。

结论


除热插拔控制器自己,热插拔电路还掩护了电路板电源和 MOSFET 误差不会破损 MOSFET 下游昂贵的处置赏罚赏罚电子器件。现场误差、裸露 MOSFET 弱点等能够会招致昂扬的收受吸收,从而对声誉组成风险。是以,应确保选择 MOSFET 能够可靠处置赏罚赏罚热插拔应用中遇到的压力,这一点异常主要。LTC4233 和 LTC4234 集成了 MOSFET 热插拔控制器,减小明确决妄图占板面积,延伸了设计时间,对每个控制器 SOA 阻拦了新产物测试,确保了完成稳固可靠的处置赏罚赏罚妄图。

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