智能負載切換有助于實現(xiàn)可靠的熱插拔系統(tǒng)
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熱交換模塊連接器的電源引腳通常不會直接連接到模塊的內(nèi)部電源總線。更普通的方案是用MOSFET或其他類型的電源開關(guān)器件隔離總線電源，如圖1所示。通過MOSFET M1，該電路控制+12V單總線電源連接至板端電壓www.cechina.cn，這個電路采用了萊迪思半導(dǎo)體公司的ispPAC-POWR-1014可編程電源管理器件。該電路其他部分實施的獨立功能包括：
圖1——熱插拔控制器通常采用一個功率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——通過電阻分壓器R1/R2和R7/R8
2. 電流檢測——通過RSENSE和一個ZXCT1009差分放大器
3. 高壓MOSFET驅(qū)動器——ispPAC器件的CHARGE_PUMP信號是方波，用于加在C2兩端的高電壓(> +12V)，可以用來完全開啟N溝道MOSFET M1。通過Q2的緩沖SHUT_DOWN信號控制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，可以簡單地通過開啟M1至低阻的開狀態(tài)(硬開關(guān))來使這個模塊迅速上電。然而，模塊擁有更大功率的要求時控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，這將導(dǎo)致大的開啟電流瞬間通過M1，因為當(dāng)CL在充電過程中，在電源和地之間將出現(xiàn)瞬時的短路電流。由此產(chǎn)生的瞬間電流會產(chǎn)生兩個問題：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，瞬變電流可能會損壞MOSFET，其結(jié)果是降低了長期的可靠性或完全失敗?！?BR> 通過MOSFET或其他純電阻器件，充電電容(C)上升到電壓源(V)時控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，消耗在MOSFET上的總消耗能量為CV2/2，與最終被儲存在電容中的能量相同。這獨立于MOSFET導(dǎo)通電阻或需要充電的時間。而消耗的總能量是不容協(xié)商的，它消散的速率——瞬時功率是可以控制的。例如，使用小導(dǎo)通電阻的MOSFET在短時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)歷一個較長時間的更低功率耗散。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，是有效的實現(xiàn)熱插拔設(shè)計?！?BR>
圖2 MOSFET的安全工作區(qū)域(SOA)圖說明了器件在漏極-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避免當(dāng)MOSFET用作熱插拔負載開關(guān)時被過分驅(qū)動。
根據(jù)安全工作區(qū)(SOA)圖(見圖2)，安全耗散給定的功率數(shù)額的MOSFET時間通常在器件的數(shù)據(jù)手冊上進行了說明。根據(jù)不同組合的漏極到源極電壓(VDS)和漏電流(ID)，SOA圖表說明了MOSFET仍然可以安全保持偏置的最大時間。在這個SOA圖中，重疊的VDS和ID的“軌跡”對應(yīng)要討論的控制方案。
如果迅速地開關(guān)MOSFET(圖2所示的黑色“硬開關(guān)”曲線)，就會最初化至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)負載電容充電時控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，MOSFET的工作點向左移動到更有利的情況。如果工作點不能夠迅速地轉(zhuǎn)變，MOSFET可能損壞或毀壞。而即使選擇了一個具有足夠大功率耗散功能的MOSFET，初始浪涌電流可能會破壞總線電源的問題仍然存在。
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