智能負(fù)載切換有助于實(shí)現(xiàn)可靠的熱插拔系統(tǒng)

圖1——熱插拔控制器通常采用一個(gè)功率MOSFET（M1），在內(nèi)部板正確插入插槽后，將總線電源和內(nèi)部板供電系統(tǒng)連接。萊迪思的ispPAC-POWR1014通過(guò)可編程邏輯和模擬功能可根據(jù)應(yīng)用需求提供智能化的控制。

1. 電壓監(jiān)控——通過(guò)電阻分壓器R1/R2和R7/R8
2. 電流檢測(cè)——通過(guò)RSENSE和一個(gè)ZXCT1009差分放大器
3. 高壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器——ispPAC器件的CHARGE_PUMP信號(hào)是方波，用于加在C2兩端的高電壓(> +12V)，可以用來(lái)完全開(kāi)啟N溝道MOSFET M1。通過(guò)Q2的緩沖SHUT_DOWN信號(hào)控制M1的柵極電壓。
采用了最少的內(nèi)部電容，模塊消耗少量的功率，可以簡(jiǎn)單地通過(guò)開(kāi)啟M1至低阻的開(kāi)狀態(tài)(硬開(kāi)關(guān))來(lái)使這個(gè)模塊迅速上電。然而，模塊擁有更大功率的要求時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，這將導(dǎo)致大的開(kāi)啟電流瞬間通過(guò)M1，因?yàn)楫?dāng)CL在充電過(guò)程中，在電源和地之間將出現(xiàn)瞬時(shí)的短路電流。由此產(chǎn)生的瞬間電流會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：首先，它可以導(dǎo)致總線電源電壓下降，有可能影響其他共享總線電源模塊的操作；其次控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，敏感性降低，瞬變電流可能會(huì)損壞MOSFET，其結(jié)果是降低了長(zhǎng)期的可靠性或完全失敗?！?BR> 通過(guò)MOSFET或其他純電阻器件，充電電容(C)上升到電壓源(V)時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，消耗在MOSFET上的總消耗能量為CV2/2，與最終被儲(chǔ)存在電容中的能量相同。這獨(dú)立于MOSFET導(dǎo)通電阻或需要充電的時(shí)間。而消耗的總能量是不容協(xié)商的，它消散的速率——瞬時(shí)功率是可以控制的。例如，使用小導(dǎo)通電阻的MOSFET在短時(shí)期間形成大功率的耗散，而有較大導(dǎo)通電阻的器件將經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的更低功率耗散。在最大功率耗散和需要充電模塊的本地電容之間作出平衡的關(guān)鍵，是有效的實(shí)現(xiàn)熱插拔設(shè)計(jì)?！?BR>

圖2　MOSFET的安全工作區(qū)域(SOA)圖說(shuō)明了器件在漏極-源極電壓和漏極電流組合下的安全極限。不同的控制策略可以用來(lái)避免當(dāng)MOSFET用作熱插拔負(fù)載開(kāi)關(guān)時(shí)被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。

根據(jù)安全工作區(qū)(SOA)圖(見(jiàn)圖2)，安全耗散給定的功率數(shù)額的MOSFET時(shí)間通常在器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)上進(jìn)行了說(shuō)明。根據(jù)不同組合的漏極到源極電壓(VDS)和漏電流(ID)，SOA圖表說(shuō)明了MOSFET仍然可以安全保持偏置的最大時(shí)間。在這個(gè)SOA圖中，重疊的VDS和ID的“軌跡”對(duì)應(yīng)要討論的控制方案。
如果迅速地開(kāi)關(guān)MOSFET(圖2所示的黑色“硬開(kāi)關(guān)”曲線)，就會(huì)最初化至VDS的最大值，ID只受到溝道電阻和寄生阻抗的限制，諸如PCB走線和電感。當(dāng)負(fù)載電容充電時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，MOSFET的工作點(diǎn)向左移動(dòng)到更有利的情況。如果工作點(diǎn)不能夠迅速地轉(zhuǎn)變，MOSFET可能損壞或毀壞。而即使選擇了一個(gè)具有足夠大功率耗散功能的MOSFET，初始浪涌電流可能會(huì)破壞總線電源的問(wèn)題仍然存在。