MOSFET 安全工作区对实现稳固热插拔应用的意义所在.doc

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1、MOSFET安全工作区对实现稳固热插拔应用的意义所在　　即使是在插入和拔出电路板和卡进行维修或者调整容量时，任务关键的伺服器和通信设备也必须能够不间断工作。热插拔控制器IC通过软启动电源，支持从正在工作的系统中插入或移除电路板，从而避免了出现连接火花、背板供电干扰和电路板卡复位等问题。控制器IC驱动与插入电路板之电源相串联的功率MOSFET开关（图1）。电路板插入后，MOSFET开关缓慢接通，这样，流入的浪涌电流对负载电容充电时能够保持在安全水平。　　　　图1：可插入电路板的热插拔控制器　　CONNECTORS：连接器　

2、　BACKPLANE：背板　　HOTSWAPCONTROLLER：热插拔控制器　　当热插拔电路出现故障时，薄弱环节一般在MOSFET开关上，因而可能会损害或破坏热插拔控制器。MOSFET出现故障常见的原因是在选件时没有重视其安全工作区（SOA）。相反，选择MOSFET时主要考虑了电阻（RDS（on））上漏-源极以及最大漏极电流（ID（max））。或者，新设计基于负载电容较小的老款设计，同样的MOSFET能够很好的工作。大部分功率MOSFET针对低RDS（on）和快速开关进行了优化，很多电源系统设计师习惯面向这些特性来选择

3、MOSFET，而MOSFET在显着时间于高损耗开关状态下过渡，却在电路忽略了SOA。在MOSFET制造商参数选择表中没有SOA，它并不能帮助。即使是注意到SOA，由于SOA数据通常是基于计算而不是测试数据，因此，应用的降额或余量并不明显。MOSFET安全工作区　　SOA是对MOSFET在脉冲和DC负载时功率处理能力的衡量。在MOSFET产品手册的图表中进行了阐述，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）；两个轴都使用了对数坐标。在这张图中，直线（每一条代表不同的tP）表示恒定

4、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的范围在微秒至无穷大（DC）。例如，图中显示了对于10ms脉冲，MOSFET漏-源极上有5V电压，流过的电流为50A，计算得到功耗是250W。同样脉冲宽度下较低的功耗保证了安全MOSFET工作，图中标注为10ms线下面的区域，这就是“安全工作区”。图的两端是由接通电阻、漏-源极击穿电压、和最大脉冲漏极电流决定。　　　　图2：PSMN3R4-30BLEN沟道MOSFET的安全工作区为什么SOA对于热插拔应用非常重要？　　电路中采用的大部分功率MO

5、SFET都能够快速接通和关断，以纳秒的时间处于高损耗转换状态。在这类应用中，SOA并不是主要问题。相反，SOA对于热插拔电路是非常重要，提供了输入浪涌电流控制（软启动）、限流和电路断路器功能。要理解这一点，请看热插入电路板的启动波形（图3a）。当电路板插入到12V背板电源时，热插拔控制器等待连接器接触反弹完成，随后软启动MOSFET栅极。然后，输出电压跟随并在40ms内达到12V。在这一软启动期间，会有200mA的电容充电电流流过MOSFET，而其漏-源极电压从12V（=12VIN−0VOUT）几乎降至0V（=12VIN

6、−12VOUT）。在负载上出现短路时（图3b），控制器将MOSFET上的电流限制在6A，电压为12V（=12VIN−0VOUT）。这一72W功耗状态持续1.2ms，直至电路断路器定时器计时结束。在启动浪涌和限流等状态中，需要热插拔MOSFET处理持续数百微秒至数十毫秒的显著功耗，应注意其SOA性能。　　　　图3a.电路板热插入到12V背板电源时的软启动　　CONTACTBOUNCE：接触反弹　　　　图3b.输出短路期间的限流　　CONTACTBOUNCE：接触反弹　　SINGLEPULSE：单脉冲　　GUARANTEED

7、：有保证的集成MOSFET热插拔控制器以及有保证的SOA　　凌力尔特公司提供了集成MOSFET的热插拔控制器系列，设计师不需要花费时间来搜寻MOSFET数据资料以达到最佳适配，从而简化了热插拔设计师的工作。这一系列中的最新型号LTC4233和LTC4234（图4）是集成了MOSFET和电流检测功能的10A和20A热插拔控制器，供电范围在2.9V至15V，覆盖了标准3.3V、5V和12V电源。通过集成两个最关键和最大的热插拔组件（功率MOSFET和检测电阻），这些控制器有助缩短设计时间和减小电路板面积，为最终产品增加了更有

8、价值的特性。　　　　图4：LTC4234：20A有保证的SOA热插拔控制器　　GuaranteedSOA：有保证的SOA　　HOTSWAP：热插拔　　PowerGood：电源良好　　CurrentMonitor：电流监视器　　CurrentLimitTImer：限流定时器　　CurrentLimitAdjustmen