為什么 SOA 對于熱插拔應用非常重要?

　　電路中采用的大部分功率 MOSFET 都能夠快速接通和關斷，以納秒的時間處于高損耗轉換狀態(tài)。在這類應用中，SOA 并不是主要問題。相反，SOA 對于熱插拔電路是非常重要，提供了輸入浪涌電流控制 (軟啟動)、限流和電路斷路器功能。要理解這一點，請看熱插入電路板的啟動波形 (圖 3a)。當電路板插入到 12V 背板電源時，熱插拔控制器等待連接器接觸反彈完成，隨后軟啟動 MOSFET 柵極。然后，輸出電壓跟隨并在 40ms 內達到 12V。在這一軟啟動期間，會有 200mA 的電容充電電流流過 MOSFET，而其漏-源極電壓從 12V (= 12VIN − 0VOUT) 幾乎降至 0V (= 12VIN − 12VOUT)。在負載上出現短路時 (圖 3b)，控制器將 MOSFET 上的電流限制在 6A，電壓為12V (= 12VIN − 0VOUT)。這一 72W 功耗狀態(tài)持續(xù) 1.2ms，直至電路斷路器定時器計時結束。在啟動浪涌和限流等狀態(tài)中，需要熱插拔 MOSFET 處理持續(xù)數百微秒至數十毫秒的顯著功耗，應注意其 SOA 性能。

　　圖 3a. 電路板熱插入到 12V 背板電源時的軟啟動

　　CONTACT BOUNCE：接觸反彈

　　圖 3b. 輸出短路期間的限流

　　CONTACT BOUNCE：接觸反彈

　　SINGLE PULSE：單脈沖

　　GUARANTEED：有保證的

集成 MOSFET 熱插拔控制器以及有保證的 SOA

　　集成 MOSFET 的熱插拔控制器對設計師的幫助很大，使其無需在搜尋 MOSFET 數據資料以達到最佳適配上浪費時間，從而簡化了熱插拔設計師的工作。目前凌力而特提供的熱插拔控制器系列產品已經集成了MOSFET 以及有保證的SOA, 其中LTC4233 和 LTC4234 (圖 4) 是集成了 MOSFET 和電流檢測功能的 10A 和 20A 熱插拔控制器，供電范圍在 2.9V 至 15V，覆蓋了標準 3.3V、5V 和 12V 電源。通過集成兩個最關鍵和最大的熱插拔組件 (功率 MOSFET 和檢測電阻)，這些控制器有助縮短設計時間和減小電路板面積，為最終產品增加了更有價值的特性。

　　圖 4：LTC4234：20A 有保證的 SOA 熱插拔控制器

　　Guaranteed SOA：有保證的SOA

　　HOT SWAP：熱插拔

　　Power Good：電源良好

　　Current Monitor：電流監(jiān)視器

　　Current Limit Timer：限流定時器

　　Current Limit Adjustment and Temperature Monitor：限流調整和溫度監(jiān)視器

　　LTC4233 和 LTC4234 控制器特有的特性是產品手冊中保證了其內部 MOSFET SOA，而這在獨立 MOSFET 中是找不到的。每器件的 SOA 在 SOA 圖中的單點上經過了產品生產測試。圖 5 顯示了 LTC4234 的 SOA 圖。從輸入至輸出上應用 13.5V 電壓，輸出源出 6A 并持續(xù) 30ms，以對其 SOA 進行了測試。得出的功耗是 81W。這在 SOA 圖中以紅點表示。采用了同樣的電壓對 LTC4233 進行了測試，只是電流和功率減半 (即 3A 和 40.5W 并持續(xù) 30ms)。注意，LTC4233 和 LTC4234 SOA 圖顯示了有保證的最小 SOA，而 MOSFET 數據表顯示了典型值。

　　圖 5：LTC4234 熱插拔控制器有保證的安全工作區(qū)圖

　　SINGLE PULSE：單脈沖

　　GUARANTEED：有保證的

　　LTC4233 和 LTC4234 還輸出地參考信號，該信號與通過內部檢測電阻器上的負載電流成正比?？梢圆捎猛獠磕缔D換器 (圖 4) 來測量這一輸出，向系統(tǒng)管理人員提供電路板電流和功耗數據。通過一個外部電阻器從其默認值減小限流值，這樣，可以迅速調整以適應動態(tài)負載變化和各種應用?？蛇x欠壓和過壓門限保護了下游負載不受超出有效窗口電壓的影響，從而防止了出現電路故障和損害。即使在不需要熱插入的地方，控制器也可以用于實現浪涌電流控制、限流和電路斷路器功能。這些控制器的典型應用包括在任務關鍵的服務器、網絡路由器和交換機、企業(yè)固態(tài)硬盤存儲和工業(yè)系統(tǒng)中空間受限的高密度電路板和卡等。

　　結論

　　除了熱插拔控制器本身，熱插拔電路還保護了電路板電源和 MOSFET 故障不會損壞 MOSFET 下游昂貴的處理電子器件?，F場故障、暴露 MOSFET 弱點等可能會導致高昂的回收，從而對聲譽造成損害。因此，應確保選擇 MOSFET 能夠可靠處理熱插拔應用中遇到的壓力，這一點非常重要。LTC4233 和 LTC4234 集成了 MOSFET 熱插拔控制器，減小了解決方案占板面積，縮短了設計時間，對每一個控制器 SOA 進行了新產品測試，確保了實現堅固可靠的解決方案。

作者：Pinkesh Sachdev  
凌力爾特公司 混合信號產品部　高級產品市場工程師