利用TPS2393A實現(xiàn)大電流熱插拔應(yīng)用

作者：時間：2016-12-09 來源：網(wǎng)絡(luò)

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摘要

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201612/328366.htm

TPS2393A集成電路是一款專為-48V系統(tǒng)優(yōu)化的熱插拔控制器。TPS2393A廣泛用于許多應(yīng)用中，它擁有如下強大功能：

l 寬泛的輸入電源范圍

l 可編程電流限制

l UV/OV保護

l 插入檢測

l 電源正常指示

l 告警

TPS2393A擁有負載電流轉(zhuǎn)換速率控制功能，可對浪涌負載的電流進行管理，并同時具備峰值電流限制功能。正常情況下，實際額定負載電流始終小于安全余量電流限制閾值。但是，在一些情況下，應(yīng)用需要讓更大的額定電流進入負載。這種情況會對用于控制應(yīng)用浪涌電流的FET產(chǎn)生很大的應(yīng)力（例如，一個10A額定電流下要求-48V的系統(tǒng)）。初始開啟時，如果電流被限制為10A（最初可能為480W），則FET的VDS為48V。當然，隨著VDS降低，功率也降低。這讓這種應(yīng)用的FET選擇成為一個非常大的難題。

本文為您介紹一種解決這個問題的簡單且高效的方法，一種擴展TPS2393A應(yīng)用范圍的簡單方法。

引言

TPS2393A是一款全功能型-48V熱插拔電源管理IC。與最流行的熱插拔控制器一樣，TPS2393A使用一個外部N通道功率FET和一個低值電流檢測電阻器來控制負載上電，從而起到受控電流的作用。圖1為該電路的結(jié)構(gòu)圖。參考電壓用于線性電源放大器（LCA）的非反相輸入。負載大小信息被傳輸至反相輸入，作為檢測電阻器RSNS的壓降。LCA對旁路FET柵極進行轉(zhuǎn)換，以將負載電流限制至參考值。VREF參考值被控制在40mV，如圖2所示。因此，在導(dǎo)通期間，負載中的電流被限制在得到的值。（IMAX為最大負載電流。）

圖3顯示了典型熱插拔示意圖。圖4為2A電流限制的波形

請注意：

VOUT實際為FET的VDRAIN。T=0時，VDS約為48V；FET開啟時，其接近0。觸點顫動顯示熱插拔或者板插入事件。這是圖VDS左側(cè)為0（電路板沒有電）的原因。插入后，電壓擺動，然后上升至48V。柵極開始轉(zhuǎn)換，并讓電流進入電路板，而在此期間，VDS隨IDS增加而下降。

實現(xiàn)大負載熱插拔

為了避免違反大負載電流安全工作區(qū)（SOA）曲線，必須在浪涌電流達到某個合理值時限制最大電流電平。

例如，在開啟期間，大容量電容的典型充電電流為2A（40mV/20mohm）；因此，實際負載電流必須低于2A，如圖4上方圖所示。但在一些應(yīng)用中，負載電流可以高得多，范圍從5A到50A，如圖4下方圖所示。當然，這要求檢測電阻RSNS的值非常低，以讓最大限流進入負載。然而，在這些大電流下，IMAX同樣非常高。很難選擇正確的電流限制FET。例如，正常負載電流為10A，RSNS值必須低于4mohm(40mV/10A)。IMAX還會超出10A。

假設(shè)正常負載電流為10A，并考慮到FET的熱力上升，我們應(yīng)選擇一個正確的Rdson。例如，選擇FDB047N10：Rdson=4.7mOhm；Rθja=62.5℃/W；

假設(shè)環(huán)境溫度為TA=40℃，F(xiàn)ET的結(jié)溫計算如下：

在穩(wěn)定狀態(tài)下，熱力上升沒有問題。另外，我們有必要查看SOA圖，以確定FET是否能夠處理在啟動時的瞬態(tài)功耗。圖5顯示了FDB047N10的典型最大SOA。

25°C殼溫和48V輸入條件下，10A恒定電流的運行時間應(yīng)短于1mS（參見圖5中紅色虛線），但它可以支持2A恒定電流約10mS的運行時間（參見圖5中藍色虛線）。在另一種方法中，小電流需要更多的時間來把大容量電容器充電至輸入電壓。因此，我們應(yīng)在可靠性和充電時間上作出權(quán)衡，以選擇一個合適的電流電平。

另外請記住，F(xiàn)ET產(chǎn)品說明書中的SOA圖是基于25°C環(huán)境殼溫的；而在實際電源系統(tǒng)中，環(huán)境殼溫會更高，因此我們必須考慮降低額定溫度。應(yīng)用手冊《利用TPS2490/91的熱插拔設(shè)計與FET瞬態(tài)散熱響應(yīng)》就是較好的參考文獻。