高精度熱插拔和電源監控

圖4

當輸出電壓為0時，一個下限箝位電路可防止限流值趨近于0。箝位電壓為固定值0.2V（FLB引腳，或4mV Vsense），對于本設計，它相當于約16A。當輸出電壓提高時，限流值隨之緩慢上升。該閾值由FLB引腳上的分壓器設置，所用基準電壓等于VSENSEREG X 50。此電壓應足夠低，以免任何預期的VOUT負載階躍影響限流值。PWRGD輸出也是從FLB引腳的電平獲得。如果目標值為10.3V，則可知分壓器的頂部電阻為100KΩ，底部電阻為12KΩ。
本部分關鍵指標/元件選擇小結：
VPG=10.3V
RFLB_TOP=100kΩ
RFLB_BOT=12kΩ

MOSFET安全工作區域分析
下一步是檢查MOSFET數據手冊中的SOA曲線，確定它能耐受最差情況FET功率的時間，進而確定適當的定時器電容值。在多FET解決方案中，必須假定在這類的上電事件中，單個FET能夠消耗100%的功率，這是因為各FET的Vth電平可能不同，調節過程中可能只有一個FET導通。

短路情況下，可以假設FET的Vds約為12.6V（假設源極接GND）。由于存在線路阻抗，實際值可能低于此值。

然而，從FET功率與Vout的關系曲線可知，這種關系不具單調性。如圖5所示，FET的最差情況功率約在6.3V（Vin的50%）。

圖5

用2.5的減額因數對其進行減額，得到135A。在MOSFET的SOA圖上，6.3V線與135A線相交可得到大約0.8ms（見圖6）。

圖6

應注意，某些FET的SOA功率線并不總是表示恒定的功率乘積，應當進行檢查，如果該線不是恒定的功率，則應檢查更多點。例如，在IFLBMIN=16A的情況下檢查13.2V的VMAX，減額至40A。這種情況下，6.3V SOA非常相似。如果對故障濾波器沒有特定要求，建議進一步降低此值，以考慮SOA容差和不精確性的影響。假設降低50%，變為0.4ms。

本部分關鍵指標/元件選擇小結：
TSOA_MAX=400μs

上電分析
選定定時器后，現在必須檢查負載電容是否有足夠的時間來完成上電，這是通過啟動電流曲線與限流值相交的時間，即定時器在上電期間的有效時間來確定的。

圖7

在上電階段，由于負載電容需要浪涌電流，控制器通常會達到限流值。如果TIMER引腳設置的時間不足以讓負載電容完成充電，MOSFET就會被禁用，系統將無法上電。我們可以使用折返系統的平均限流值，估算上電時間。由于所需的時間超過已確定的SOA限值，系統將無法使該大小的負載電容完成上電。為了解決這一問題，上電時需要將浪涌電流降至熱插拔控制限值以下，具體實現方法是提高有效柵極電容，使上電時間變慢，浪涌電流減小。這樣，浪涌便通過一個開環源極跟隨器系統而得到控制。為了避免超過限流值(16A)，選定合適的柵極電容，使浪涌電流降至約10A。

本部分關鍵指標/元件選擇小結：
CGATE=15nF
TPOWERUP=7.5ms

定時器電容
確定MOSFET SOA要求并獲得滿意的上電時間后，現在就可以得到TIMER電容值約為22nF。

啟動時MOSFET中的功率
作為最后一步，我們需要檢查啟動時FET消耗的功率是否在MOSFET的SOA限值以內。負載電容充電所需的能量可以通過下式計算：
PMOSFET=TRISE/RthIA =60/40=1.5W
如果我們再次檢查SOA，可以發現6.3V和22A對應于10ms以上的值，滿足SOA限制要求。