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面向热插拔运行的MOSFET

热插拔电路关键用于高可用性系统,例如数据 中心 和电信基础设备。在高可用性系统中驳回热插拔电路时,即使须要改换或参与组件以维持系统运转,系统也不会终止运转。

关于电信服务器运行而言,高功率和高冗余至关关键,此时就须要热插拔 控制器 来调控浪涌 电流 。在电信服务器运行中,背板终端电压干流为48V和12V。在典型的12V背板系统中,由冗余 电源 组成,每个电源经过ing与并联的热插拔模块相连。MOSFET在热插拔运行中表演着外围角色; 本文将依据 公司 的12VM1278热插拔电路评价MOSFET的行为。

图1显示热插拔环节中通常会发生较大的瞬态电流(可达数百安培),用于给输入 电容 充电,这就要求MOSFET在线性上班形式下具有弱小的SOA才干。

图|多模块电信服务器热插拔运行

当热插拔模块(如图2所示)拔出12V背板时,控制器的GATE引脚会向MOSFET的栅极以及外部的Rgate和Cgate提供恒定的24uA电流Ig。一旦GATE电压到达MOSFET的 阈值电压 VT,由于GATE引脚与Vout节点之间的Cgs电压将坚持不变,Ig仅会对外部的Cgate和MOSFET外部的Cs启动充电。这与 开关电源 中MOSFET的密勒平台效应相似。

图|热插拔 电路原理

输入电容CL所惹起的浪涌电流Iin可由下列方程(1、2)示意:其中'n'代表并联的MOSFET数量。

与偏差于低Qgd的开关电源运行不同,在热插拔运行中,较大的Qgd有助于减小浪涌电流。另一方面,浪涌电流还取决于并联MOSFET的数量、输入电容CL的值以及负载电流。并联MOSFET越少,输入电容越大,则MOSFET接受的浪涌电流应力越大。以下是不同状况下AOS热插拔评价板上的测试波形。图3a显示,较大的CL会造成更大的浪涌电流(绿色曲线),而图3b则标明,并联MOSFET数量的参与会缩小总浪涌电流(绿色曲线)。

图3a|空载及不同输入CL下的启动波形对比

图3b|空载、相反CL 50μF、不同并联数MOSFET的启动波形对比

电信-主机热插拔运行通常触及较大 供电 电流;因此,低Rdson的MOSFET是最优选用。为了确保系统在启动和短路条件下的持重性,MOSFET在线性上班形式下接受高电压和电流应力时,须要有较大的安保上班区(SOA)。

图4显示,由于相对较大的Crss,AONS32310的浪涌电流低于竞品。这无利于放宽系统对浪涌电流的限度设置,而较低的Rdson象征着更高的全体效率。即使输入电容值和输入电压参与,AONS32310仍能反常上班,而同类竞品则无法上班。

图 4|空载、相反CL 70μF的启动波形对比

图5重现了一种最顽劣状况:MOSFET处于导通形态且温度到达100°C的热平衡点。此时,热插拔控制器会启动复位,从新开启MOSFET,而MOSFET处于较高温度(100°C)。

图5|在100°C暗室中相反50μF CL的空载启动波形对比

这些最顽劣条件测试结果标明了:与竞品相比,AOS的MOSFET在热插拔运行中愈加持重牢靠。由于MOSFET上耗散的能量简直等于输入CL中贮存的能量,AOS倡导经常使用上方方程来评价SOA才干的持重性。

另一方面,假设驳回相反的浪涌电流限度,AONS32100将体现出与竞品C简直相反的启动波形,但需调整外部的Cgate和Rgate。在热插拔运行中,Ciss不会影响线性形式下的栅极电压。MOSFET已齐全导通,栅极电压的最小提早不会影响系统的效率和性能。

即使是顶级MOSFET也无法接受缺点条件,比如几秒钟的输入短路。因此,热插拔控制器须要经过 检测 电流和电压应力来尽快关断MOSFET。Devices的ADM1278具有过流和过功率包全性能。在过功率状况下,控制器不会关断MOSFET,直至缺点 定时器 电压到达1V的缺点阈值。该定时器可依据MOSFET的SOA设定,让设计人员能够灵敏选用合乎系统需求的MOSFET,并防止在启动和瞬态时期不用要的关断。图6展现了一系列基于AOS评价板的OCP和OPP事情。从波形可以看出,在最坏状况下,AONS32100在线性上班形式下可以接受42A / 9V超越20ms的短路缺点。

图6|短路条件及包全

目前,为满足社会开展日益增长的数据处置需求和 网络通讯 的稳如泰山性要求,数据中心、电信基础设备和存储系统主机正朝着更高功率密度、更高效率、增强冗余和容错才干和安保性等方向开展。热插拔技术关于坚持主机的继续运转和缩小停机时期至关关键,尤其是在须要24/7不连续服务的环境中。关于即使在最顽劣状况下也要确保高可用性的热插拔运行,选用持重的MOSFET至关关键。高SOA和低Rdson有助于提高效率,增强系统的鲁棒性。

针对主机48V输入电压的热插拔缓和启动的运行需求,AOS 特意优化了MOSFET的 电气 性能及封装,行将正式推出TOLL封装的处置打算-AOTL66935,其具有高度强健的线性形式区SOA才干,以及1.9mΩ Rds(on)_max的低导通电阻,可缩小功率损耗和散热需求,合乎日益严厉的能效规范; 同时TOLL 封装也能够进一步优化散热性能,有更高的牢靠性,耐用性强,适宜长时期运转在主机环境中。

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