工作于線性區(qū)功率MOSFET（3）：熱插撥浪涌電流限制方法

時間：2021-11-04 16:20:07

關鍵字：線性浪涌電流功率MOSFET

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[導讀]通信設備和服務器中，在插入和拔出電路板和板卡進行維修或者調(diào)整容量時，系統(tǒng)必須能夠保持正常工作。當后級的電路板和板卡接入前級電源系統(tǒng)時，由于后級電路輸入端帶有大的濾波電容，那么，在上電的瞬間電容相當于短路，大的電容充電電流和負載電流一起作用，產(chǎn)生大的浪涌電流，同時大的浪涌電流導致高...

通信設備和服務器中，在插入和拔出電路板和板卡進行維修或者調(diào)整容量時，系統(tǒng)必須能夠保持正常工作。當后級的電路板和板卡接入前級電源系統(tǒng)時，由于后級電路輸入端帶有大的濾波電容，那么，在上電的瞬間電容相當于短路，大的電容充電電流和負載電流一起作用，產(chǎn)生大的浪涌電流，同時大的浪涌電流導致高的電流和電壓變化率，對系統(tǒng)產(chǎn)生一系列的安全問題。

（1）高的電流和電壓變化率與回路的寄生電容和電感產(chǎn)生電流和電壓尖峰，從而產(chǎn)生EMI問題。

（2）電流和電壓尖峰對回路的濾波電容，半導體器件及芯片，產(chǎn)生過電流和過電壓沖擊，影響它們的安全和使用壽命。

（3）大的浪涌電流還會導致前級電壓的跌落，引起前級電源管理IC的復位，系統(tǒng)會重新起動。

（4）瞬態(tài)的大浪涌電流會導致電路中使用的保險絲熔斷，導致系統(tǒng)不正常的停機。

1、使用被動元件

抑制浪涌電流的本質(zhì)就是要限制電路的電壓變化率di/dt、dV/dt，抑制浪涌電流使用的被動元件LC濾波器，串聯(lián)電阻和串聯(lián)NTC壓敏電阻。

（1）LC濾波器：通常在電路板的輸入電源端口都會加LC濾波器，減小輸入的干擾，滿足系統(tǒng)的EMI的要求，并維持電壓的穩(wěn)定，電感也可以限制輸入的浪涌電流。

通常要求電感有足夠大的飽和電流，這樣在大的電流的工作條件下，電感不會飽和，才能起到濾波和抑制浪涌電流的作用。具有較高的飽和電流的電感，尺寸和重量大，成本也高。

（2）串聯(lián)電阻：使用的電阻大，在回路會產(chǎn)生較大的損耗，影響系統(tǒng)效率；使用的電阻大小，抑制浪涌電流效果較差。

有些系統(tǒng)使用繼電器來控制串聯(lián)電阻，系統(tǒng)上電起動完成后，將串聯(lián)電阻從主回路切斷。使用繼電器增加了成本和體積，線圈兩端觸點的開閉，會產(chǎn)生干擾，同時也會產(chǎn)生振動，同時繼電器的使用壽命低。

（3） NTC壓敏電阻：NTC只有在初次起動的啟動中才能抑制浪涌電流，而在連續(xù)的開關機起動過程中，失去效果。

2、使用有源器件

抑制浪涌電流使用的主動元件有串聯(lián)SCR晶閘管和串聯(lián)功率MOSFET，SCR晶閘管過去也應用于浪涌電流抑制電路，由于它的體積大，功率損耗大，控制電路復雜，現(xiàn)在已經(jīng)很少使用。

目前，功率MOSFET由于柵極驅(qū)動電路簡單，導通電阻小穩(wěn)態(tài)功耗低，線性區(qū)工作特性可以有效抑制浪涌電流，因此廣泛應用于負載開關和熱插撥（帶電插撥）電路。

熱插拔電路就是在插入電路板的電源之間串聯(lián)功率MOSFET，通過分立元件或集成IC控制功率MOSFET的開通和關斷，實現(xiàn)軟啟動緩慢接入電源，控制輸入浪涌電流對負載電容充電，從而保證后級電路從正在工作的系統(tǒng)中插入或移除時避免了出現(xiàn)連接火花、干擾背板供電和電路板卡復位等問題。

這種電路還具有實現(xiàn)不同的電源上電排序的功能，集成的負載開關和熱插撥電路同時還有電源管理的一些功能。

通訊系統(tǒng)中 12V熱插撥系統(tǒng)，如果使用P溝道功率MOSFET，放在高端直接驅(qū)動。如果使用N溝道功率MOSFET，放在高端必須使用浮驅(qū)或自舉驅(qū)動（很少使用變壓器驅(qū)動）。雖然N溝道功率MOSFET放在低端可以直接驅(qū)動，這樣會導致輸入地、輸出地的隔斷，產(chǎn)生不共地問題，因此很少使用。P溝道功率MOSFET的成本高、導通電阻大，通訊系統(tǒng)中現(xiàn)在使用也越來越少。

圖1：正輸入電壓熱插撥

通訊系統(tǒng)中 48V熱插撥系統(tǒng)，現(xiàn)在也是使用N溝道功率MOSFET，放在高端使用浮驅(qū)或自舉驅(qū)動。而-48V的熱插撥系統(tǒng)，使用N溝道功率MOSFET，可以放在低端直接驅(qū)動。

圖2：負輸入電壓熱插撥