利用保证的 SOA 在高电流热插拔应用中实现低导通电阻

yuchengze

引言
在高电流背板应用中要求实现电路板的带电插拔，这就需要兼具低导通电阻 (在稳态操作期间) 和针对瞬态情况之高安全工作区 (SOA) 的 MOSFET。通常，专为拥有低导通电阻而优化的新式 MOSFET 并不适合高 SOA 热插拔应用。
LTC®4234 是一款针对热插拔 (Hot SwapTM) 应用的集成型解决方案，其允许电路板在带电背板上安全地插入和拔出。该器件把一个热插拔控制器、功率 MOSFET 和电流检测电阻器集成在单个封装中，以满足小型化应用的要求。对 MOSFET 的安全工作区进行了生产测试，并保证其能承受热插拔应用中的应力。
LTC4234 的 3.3mΩ 内部 MOSFET 和 0.7mΩ 检测电阻器可支持高达 20A 的负载电流。在该电流水平下，LTC4234 的功率耗散为：
PD = I2 · R = (20A)2 · (3.3mΩ + 0.7mΩ) = 1.6W
对于期望实现较低功率耗散的应用，图 1 所示的电路增设了一个与 LTC4234 的内部 MOSFET 相并联的外部低电阻 MOSFET，旨在把功率耗散降至低于：
PD = I2 · R = (20A)2 · ((3.3mΩ || 0.9mΩ) + 0.7mΩ) = 0.56W
在图 1 所示的 12V 应用中，LTC4234 的 MOSFET 处理的是高漏极至源极电压情况，此时 SOA 是一个主要的关注点。在正常操作期间，当漏极至源极电压较小时，一个 LTC4365 过压 / 欠压电源保护控制器将接通 M1 (其为 0.9mΩ Infineon BSC009NE2LS MOSFET) 以降低总功率耗散，同时实际上消除了对于 SOA 的担忧。
电路运作
在该电路中，LTC4365 在输入电压低于 13.5V 和输出电压高于 10.5V 时接通 M1。由于 M1 的漏极连接至 LTC4234 的 SENSE 引脚，因此所有的电流都流过 LTC4234 的内部 0.7mΩ 检测电阻器。一旦 LTC4234 下拉内部 MOSFET 栅极电压以限制输送至负载的功率，外部 MOSFET 的栅极也将通过低泄漏二极管 D1 (BAR18FILM) 下拉。二极管 D1 的用途是使 LTC4234 的内部 MSOFET 能够在 LTC4365 把外部 MOSFET 保持关断 (当 VIN > 13.5V 或 VOUT < 10.5V 时) 的情况下接通，同时仍然允许 LTC4234 的下拉电路随时将两个 MOSFET 全部关断。建议采用一个低泄漏二极管，以防止 LTC4365 的 GATE 下拉与 LTC4234 的 24&micro;A GATE 上拉电流发生冲突，特别是在二极管漏电流最大的高温情况下。