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(多图) 理想二极管和热插拔控制器实现电源冗余并隔离故障

Chew Lye Huat?? 凌力尔特公司?? 2013年07月19日 ?? 收藏1
肖特基二极管实现多电源系统有多种方式。例如,μTCA网络及存储服务器等高可用性电子系统都在其冗余电源系统中采用了肖特基二极管“或”电路。二极管“或”电路还用于采用备用电源的系统,例如AC交流适配器和备份电池馈送。问题是,肖特基二极管由于正向压降而消耗功率,所产生的热量必须用PCB上专门的铜箔区散出,或者通过由螺栓固定到二极管上的散热器散出,这两种散热方式都需要占用很大的空间。

凌力尔特公司的一个产品系列用外部N沟道MOSFET作为传递组件,最大限度地降低了功耗,从而在这些MOSFET接通时,最大限度地减小了从电源到负载的压降,这个产品系列包括LTC4225、LTC4227和LTC4228。当输入电源电压降至低于输出共模电源电压时,关断适当的MOSFET,从而使功能和性能上与理想二极管匹配。

如图1所示,通过增加一个电流检测电阻器,并配置两个具备单独栅极控制的背对背MOSFET,LTC4225凭借浪涌电流限制和过流保护提高了理想二极管的性能。这就允许电路板安全地插入或从带电背板拔出,而不会损坏连接器。LTC4227可以这样使用:在并联连接的理想二极管MOSFET之后,增加电流检测电阻器和热插拔(Hot Swap)MOSFET,以节省一个MOSFET。通过在理想二极管和热插拔MOSFET之间配置检测电阻器,LTC4228比LTC4225有了改进,LTC4228能更快地从输入电压欠压中恢复,以保持输出电压不变。


图1:采用检测电阻器和外部N沟道MOSFET的LTC4225、LTC4227和LTC4228的不同配置。
* ADDITIONAL DETAILS OMITTED FOR CLARITY:* 为清晰起见,略去了一些细节

LTC4225-1、LTC4227-1和LTC4228-1具备锁断电路断路器,而LTC4225-2、LTC4227-2和LTC4228-2提供故障后自动重试功能。LTC4225、LTC4227和LTC4228的两种版本均分别采用24引脚、20引脚和28引脚4mm x 5mm QFN以及SSOP封装。

理想二极管控制

LTC4225和LTC4228用一个内部栅极驱动放大器监视IN和OUT引脚(就LTC4227而言是IN和SENSE+引脚)之间的电压,起到了理想二极管的作用,该放大器驱动DGATE引脚。当这个放大器检测到大的正向压降(图2)时,就快速拉高DGATE引脚,以接通MOSFET,实现理想二极管控制。


图2:当IN电源接通时,拉高理想二极管控制器CPO和DGATE引脚。

CPO和IN引脚之间连接的外部电容器提供理想二极管MOSFET快速接通所需的电荷。在器件加电时,内部充电泵给这个电容器充电。DGATE引脚提供来自CPO引脚的电流,并将电流吸收到IN和GND引脚中。栅极驱动放大器控制DGATE引脚,以跟随检测电阻器和两个外部N沟道MOSFET上的正向压降,直至25mV。

如果负载电流引起超过25mV的压降,那么栅极电压就上升,以加强用于实现理想二极管控制的MOSFET。在MOSFET导通时,如果输入电源短路,那么会有很大的反向电流开始从负载流向输入。故障一出现,栅极驱动放大器就会检测到故障情况,并拉低DGATE,以断开理想二极管MOSFET。

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理想二极管? 热插拔控制器? 电源冗余? 隔离故障?

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