智能負(fù)載切換有助于實(shí)現(xiàn)可靠的熱插拔系統(tǒng)
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浪涌電流控制
避免突然開啟MOSFET所帶來問題的一個(gè)常用技術(shù)是柵極電壓逐漸上升，以足夠慢的速率使負(fù)載電容的電壓跟蹤最小VGS電壓。這確保了工作點(diǎn)將保持在低電流區(qū)域，接近SOA圖的底部。通過適當(dāng)選擇C2的值，可以很容易地用圖1的電路實(shí)現(xiàn)這個(gè)策略。
雖然這種方案實(shí)現(xiàn)是比較簡單的，在上述方案中的斜坡上升率必須有大的裕度，以適應(yīng)MOSFET和電源總線負(fù)載電容的變化。對于小電流至中等電流的應(yīng)用，指定一個(gè)稍大的MOSFET可能不是一筆很大的額外費(fèi)用，也許可以通過簡化的控制成本來進(jìn)行調(diào)整。在其他情況下，必須對板上的大電容進(jìn)行充電，這種做法可能會導(dǎo)致很大的時(shí)間延遲，這是指當(dāng)一個(gè)模塊插入到更大的系統(tǒng)時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，以及當(dāng)它準(zhǔn)備開始運(yùn)作時(shí)之間的時(shí)間。
采用電流檢測硬件，使用負(fù)反饋控制，就有可能保持恒定電流通過SOA。通過提供精確的漏電流調(diào)節(jié)，MOSFET的開關(guān)軌跡(圖2，簡單的電流限制)可以設(shè)定為更大的電流，要比在開環(huán)方式下前一種單純的增加?xùn)艠O電壓情況更加謹(jǐn)慎。因?yàn)槌鲇谠\斷目的常常需要監(jiān)測電流，電流檢測硬件可能已經(jīng)用于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，在這種情況下只需要增加控制邏輯。
圖3周期性的遲滯電流限制允許MOSFET電流增加到一個(gè)可允許的最大值，然后再降低回稍
低的水平。這種技術(shù)提供了線性電流控制的許多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了許多潛在的穩(wěn)定性問題。然而，可靠地實(shí)現(xiàn)線性電流模式控制可能會非常棘手CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有，可能有不穩(wěn)定和不受控制的振蕩情況。另一種方法是使用一個(gè)遲滯控制電路(圖3)，其中MOSFET電流保持在更低和更高的閾值之間。在遲滯控制方案中，MOSFET柵極電壓斜坡上升直到漏電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的上限值。在這一點(diǎn)上，柵極電壓下降直到漏電流低于預(yù)定的低閾值。然后重復(fù)這一過程，漏極電流在兩個(gè)閾值之間變化。
雖然遲滯控制可用少量分立元件來實(shí)現(xiàn)，也可以只用ispPAC可編程電源管理實(shí)現(xiàn)，如圖1中的電路。電源管理器件的每個(gè)電壓監(jiān)控引腳都支持有獨(dú)立的可編程高壓和低壓閾值的雙比較器功能。針對MOSFET的柵極電壓和相應(yīng)的漏極電流，編程這個(gè)器件的FET驅(qū)動器輸出至較大的電流，提供了更快的速度，但仍控制了上升時(shí)間。用可編程器件來管理電流控制過程的另一個(gè)好處是它很簡單，充分整合熱插拔控制邏輯且能滿足電路板所需的正常工作要求。例如，可以對電源管理器件編程，允許電路板初始化的短時(shí)間內(nèi)有更大的電流，然后無縫地轉(zhuǎn)換到正常的工作模式，MOSFET完全開啟，并以較低的閾值監(jiān)測電流，檢測電路板的故障情況。
優(yōu)化開關(guān)性能
電源管理器件的可編程特性支持用戶實(shí)現(xiàn)更高的優(yōu)化控制技術(shù)，而幾乎沒有或增加額外的成本。這樣的技術(shù)實(shí)例是在兩個(gè)不同的階段對電路板上的電容充電，小電流的初始階段和大電流的最后階段，如圖4所示。
圖4兩相開關(guān)的原理是開關(guān)MOSFET在VDS高電壓時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，以較小電流對板上電容進(jìn)行充電，然后當(dāng)電容部分充電后，電流增加，MOSFET電壓VDS降低。
這個(gè)復(fù)雜性的價(jià)值在于它優(yōu)化了充電速率，使MOSFET的工作點(diǎn)更緊密地跟隨該器件的SOA曲線約束(如圖2中2個(gè)階段的電流限制圖)。這對先前闡述的恒流充電方案有兩個(gè)好處。首先，通過充電周期切換到一個(gè)更大電流的中間，需要更短的時(shí)間使負(fù)載電容上升到工作電壓；第二，這個(gè)方案只適用于MOSFET工作在更大電流的情況，當(dāng)器件的VDS相對較小，功耗最小時(shí)。這使得設(shè)計(jì)人員根據(jù)所要求的性能指定更小、更便宜的MOSFET。盡管該技術(shù)是直接用可編程控制器實(shí)現(xiàn)熱插拔，如ispPAC電源管理器件，如果是用固定功能的熱插拔控制器來實(shí)現(xiàn)，就需要大量額外的硬件和設(shè)計(jì)投入?？删幊绦砸彩沟迷O(shè)計(jì)人員更改控制參數(shù)更加簡單，更容易使用相同的基本電路以適應(yīng)于多個(gè)應(yīng)用，而很少或根本不改變硬件。
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