高精度熱插拔和電源監(jiān)控

圖4

當(dāng)輸出電壓為0時(shí)，一個(gè)下限箝位電路可防止限流值趨近于0。箝位電壓為固定值0.2V（FLB引腳，或4mV Vsense），對(duì)于本設(shè)計(jì)，它相當(dāng)于約16A。當(dāng)輸出電壓提高時(shí)，限流值隨之緩慢上升。該閾值由FLB引腳上的分壓器設(shè)置，所用基準(zhǔn)電壓等于VSENSEREG X 50。此電壓應(yīng)足夠低，以免任何預(yù)期的VOUT負(fù)載階躍影響限流值。PWRGD輸出也是從FLB引腳的電平獲得。如果目標(biāo)值為10.3V，則可知分壓器的頂部電阻為100KΩ，底部電阻為12KΩ。
本部分關(guān)鍵指標(biāo)/元件選擇小結(jié)：
VPG=10.3V
RFLB_TOP=100kΩ
RFLB_BOT=12kΩ

MOSFET安全工作區(qū)域分析
下一步是檢查MOSFET數(shù)據(jù)手冊(cè)中的SOA曲線(xiàn)，確定它能耐受最差情況FET功率的時(shí)間，進(jìn)而確定適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)器電容值。在多FET解決方案中，必須假定在這類(lèi)的上電事件中，單個(gè)FET能夠消耗100%的功率，這是因?yàn)楦鱂ET的Vth電平可能不同，調(diào)節(jié)過(guò)程中可能只有一個(gè)FET導(dǎo)通。

短路情況下，可以假設(shè)FET的Vds約為12.6V（假設(shè)源極接GND）。由于存在線(xiàn)路阻抗，實(shí)際值可能低于此值。

然而，從FET功率與Vout的關(guān)系曲線(xiàn)可知，這種關(guān)系不具單調(diào)性。如圖5所示，F(xiàn)ET的最差情況功率約在6.3V（Vin的50%）。

圖5

用2.5的減額因數(shù)對(duì)其進(jìn)行減額，得到135A。在MOSFET的SOA圖上，6.3V線(xiàn)與135A線(xiàn)相交可得到大約0.8ms（見(jiàn)圖6）。

圖6

應(yīng)注意，某些FET的SOA功率線(xiàn)并不總是表示恒定的功率乘積，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行檢查，如果該線(xiàn)不是恒定的功率，則應(yīng)檢查更多點(diǎn)。例如，在IFLBMIN=16A的情況下檢查13.2V的VMAX，減額至40A。這種情況下，6.3V SOA非常相似。如果對(duì)故障濾波器沒(méi)有特定要求，建議進(jìn)一步降低此值，以考慮SOA容差和不精確性的影響。假設(shè)降低50%，變?yōu)?.4ms。

本部分關(guān)鍵指標(biāo)/元件選擇小結(jié)：
TSOA_MAX=400μs

上電分析
選定定時(shí)器后，現(xiàn)在必須檢查負(fù)載電容是否有足夠的時(shí)間來(lái)完成上電，這是通過(guò)啟動(dòng)電流曲線(xiàn)與限流值相交的時(shí)間，即定時(shí)器在上電期間的有效時(shí)間來(lái)確定的。

圖7

在上電階段，由于負(fù)載電容需要浪涌電流，控制器通常會(huì)達(dá)到限流值。如果TIMER引腳設(shè)置的時(shí)間不足以讓負(fù)載電容完成充電，MOSFET就會(huì)被禁用，系統(tǒng)將無(wú)法上電。我們可以使用折返系統(tǒng)的平均限流值，估算上電時(shí)間。由于所需的時(shí)間超過(guò)已確定的SOA限值，系統(tǒng)將無(wú)法使該大小的負(fù)載電容完成上電。為了解決這一問(wèn)題，上電時(shí)需要將浪涌電流降至熱插拔控制限值以下，具體實(shí)現(xiàn)方法是提高有效柵極電容，使上電時(shí)間變慢，浪涌電流減小。這樣，浪涌便通過(guò)一個(gè)開(kāi)環(huán)源極跟隨器系統(tǒng)而得到控制。為了避免超過(guò)限流值(16A)，選定合適的柵極電容，使浪涌電流降至約10A。

本部分關(guān)鍵指標(biāo)/元件選擇小結(jié)：
CGATE=15nF
TPOWERUP=7.5ms

定時(shí)器電容
確定MOSFET SOA要求并獲得滿(mǎn)意的上電時(shí)間后，現(xiàn)在就可以得到TIMER電容值約為22nF。

啟動(dòng)時(shí)MOSFET中的功率
作為最后一步，我們需要檢查啟動(dòng)時(shí)FET消耗的功率是否在MOSFET的SOA限值以?xún)?nèi)。負(fù)載電容充電所需的能量可以通過(guò)下式計(jì)算：
PMOSFET=TRISE/RthIA =60/40=1.5W
如果我們?cè)俅螜z查SOA，可以發(fā)現(xiàn)6.3V和22A對(duì)應(yīng)于10ms以上的值，滿(mǎn)足SOA限制要求。