功率MOSFET熱插撥浪湧電流限製方法
發布時間:2018-12-12 責任編輯:xueqi
【導讀】通(tong)信(xin)設(she)備(bei)和(he)服(fu)務(wu)器(qi)中(zhong),在(zai)插(cha)入(ru)和(he)拔(ba)出(chu)電(dian)路(lu)板(ban)和(he)板(ban)卡(ka)進(jin)行(xing)維(wei)修(xiu)或(huo)者(zhe)調(tiao)整(zheng)容(rong)量(liang)時(shi),係(xi)統(tong)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)保(bao)持(chi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。當(dang)後(hou)級(ji)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)和(he)板(ban)卡(ka)接(jie)入(ru)前(qian)級(ji)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)時(shi),由(you)於(yu)後(hou)級(ji)電(dian)路(lu)輸(shu)入(ru)端(duan)帶(dai)有(you)大(da)的(de)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong),那(na)麼(me),在(zai)上(shang)電(dian)的(de)瞬(shun)間(jian)電(dian)容(rong)相(xiang)當(dang)於(yu)短(duan)路(lu),大(da)的(de)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)和(he)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)一(yi)起(qi)作(zuo)用(yong),產(chan)生(sheng)大(da)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu),同(tong)時(shi)大(da)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)導(dao)致(zhi)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)率(lv),對(dui)係(xi)統(tong)產(chan)生(sheng)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)。
(1)高的電流和電壓變化率與回路的寄生電容和電感產生電流和電壓尖峰,從而產生EMI問題。
(2)電流和電壓尖峰對回路的濾波電容,半導體器件及芯片,產生過電流和過電壓衝擊,影響它們的安全和使用壽命。
(3)大的浪湧電流還會導致前級電壓的跌落,引起前級電源管理IC的複位,係統會重新起動。
(4)瞬態的大浪湧電流會導致電路中使用的保險絲熔斷,導致係統不正常的停機。
1、使用被動元件
抑製浪湧電流的本質就是要限製電路的電壓變化率di/dt、dV/dt,抑製浪湧電流使用的被動元件LC濾波器,串聯電阻和串聯NTC壓敏電阻。
(1)LC濾波器:通常在電路板的輸入電源端口都會加LC濾波器,減小輸入的幹擾,滿足係統的EMI的要求,並維持電壓的穩定,電感也可以限製輸入的浪湧電流。
通(tong)常(chang)要(yao)求(qiu)電(dian)感(gan)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)的(de)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu),這(zhe)樣(yang)在(zai)大(da)的(de)電(dian)流(liu)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia),電(dian)感(gan)不(bu)會(hui)飽(bao)和(he),才(cai)能(neng)起(qi)到(dao)濾(lv)波(bo)和(he)抑(yi)製(zhi)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)作(zuo)用(yong)。具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)飽(bao)和(he)電(dian)流(liu)的(de)電(dian)感(gan),尺(chi)寸(cun)和(he)重(zhong)量(liang)大(da),成(cheng)本(ben)也(ye)高(gao)。
(2) 串聯電阻:使用的電阻大,在回路會產生較大的損耗,影響係統效率;使用的電阻大小,抑製浪湧電流效果較差。
有些係統使用繼電器來(lai)控(kong)製(zhi)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu),係(xi)統(tong)上(shang)電(dian)起(qi)動(dong)完(wan)成(cheng)後(hou),將(jiang)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)從(cong)主(zhu)回(hui)路(lu)切(qie)斷(duan)。使(shi)用(yong)繼(ji)電(dian)器(qi)增(zeng)加(jia)了(le)成(cheng)本(ben)和(he)體(ti)積(ji),線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)觸(chu)點(dian)的(de)開(kai)閉(bi),會(hui)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao),同(tong)時(shi)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)振(zhen)動(dong),同(tong)時(shi)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)低(di)。
(3) NTC壓敏電阻:NTC隻有在初次起動的啟動中才能抑製浪湧電流,而在連續的開關機起動過程中,失去效果。
2、使用有源器件
抑製浪湧電流使用的主動元件有串聯SCR晶閘管和串聯功率MOSFET,SCR晶閘管過去也應用於浪湧電流抑製電路,由於它的體積大,功率損耗大,控製電路複雜,現在已經很少使用。
目前,功率MOSFET由於柵極驅動電路簡單,導通電阻小穩態功耗低,線性區工作特性可以有效抑製浪湧電流,因此廣泛應用於負載開關和熱插撥(帶電插撥)電路。
熱插拔電路就是在插入電路板的電源之間串聯功率MOSFET,通過分立元件或集成IC控製功率MOSFETdekaitongheguanduan,shixianruanqidonghuanmanjierudianyuan,kongzhishurulangyongdianliuduifuzaidianrongchongdian,congerbaozhenghoujidianlucongzhengzaigongzuodexitongzhongcharuhuoyichushibimianlechuxianlianjiehuohua、幹擾背板供電和電路板卡複位等問題。
這種電路還具有實現不同的電源上電排序的功能,集成的負載開關和熱插撥電路同時還有電源管理的一些功能。
通訊係統中+12V熱插撥係統,如果使用P溝道功率MOSFET,放在高端直接驅動。如果使用N溝道功率MOSFET,放在高端必須使用浮驅或自舉驅動(很少使用變壓器驅動)。雖然N溝道功率MOSFET放在低端可以直接驅動,這樣會導致輸入地、輸出地的隔斷,產生不共地問題,因此很少使用。P溝道功率MOSFET的成本高、導通電阻大,通訊係統中現在使用也越來越少。

圖1:正輸入電壓熱插撥
通訊係統中+48V熱插撥係統,現在也是使用N溝道功率MOSFET,放在高端使用浮驅或自舉驅動。而-48V的熱插撥係統,使用N溝道功率MOSFET,可以放在低端直接驅動。

圖2:負輸入電壓熱插撥
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