理想二极管和热插拔控制器实现电源冗余并隔离故障（2） 控制器, 二极管, 热插拔, 电源, 隔离

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理想二极管和热插拔控制相结合
　　在一个采用冗余电源的典型 μTCA 应用中 （图 4 和 9），在背板上对输出进行二极管“或”，以不用断开系统电源，就可以取出或插入板卡。LTC4225 和 LTC4228 都包括理想二极管和热插拔控制器，非常适用于这类应用，这些器件在两个电源之间提供平滑的电源切换，还提供过流保护。

　　图 4：在 μTCA 应用中，LTC4225 为两个μTCA 插槽提供 12V 电源

　　PLUG-IN CARD-1：插入式板卡 1
　　BULK SUPPLY BYPASS CAPACITOR：降压模式电源旁路电容器
　　BACKPLANE：背板
　　如果主电源掉电，那么控制器就快速响应，以断开主电源通路中的理想二极管 MOSFET，并接通冗余电源通路中的 MOSFET，从而向输出负载提供平滑的电源切换。热插拔 MOSFET 保持接通，这样这些 MOSFET 就不会影响电源切换。当各自的 ON 引脚被拉低，或 /EN 引脚被拉高时，控制器断开热插拔 MOSFET。当在输出端检测到过流故障时，热插拔 MOSFET 的栅极被快速拉低，之后输出就稳定在电流限制值上，直至由 TMR 引脚电容器设定的故障过滤器延迟超时为止。热插拔 MOSFET 断开，/FAULT 引脚锁定在低电平，以指示出现了故障。通过将 ON 引脚拉至低于 0.6V，可以使电子电路断路器复位。电源优先级
　　在传统的二极管“或”多电源系统中，由电压较高的输入电源给输出供电，同时挡住电压较低的电源。这种简单的解决方案满足了应用的需求，在这应用中，电源的优先权不仅是电压较高的电源就优先的问题。图 5 显示了一个备份电源系统，在这个系统中，无论何时，只要 5V 主电源 （INPUT1） 可用，就由该电源给输出供电，而 12V 备份电源 （INPUT2） 仅当主电源无法提供时才会使用。
　　只要 INPUT1 高于由 ON1 引脚端的 R1-R2 分压器设定的 4.3V UV 门限，MH1 就接通，从而将 INPUT1 连接到输出。当 MH1 接通时，/PWRGD1 变低，这又将 ON2 拉低，并通过断开 MH2 来停用 IN2 通路。如果主电源无法提供，且 INPUT1 降至低于 4.3V，那么 ON1 就断开 MH1，且 /PWRGD1 变高，从而允许 ON2 接通 MH2，并将 INPUT2 连接到输出。在任何情况下，理想二极管 MOSFET MD1 和 MD2 都要防止一个输入到另一个输入的反向馈送。

　　图 5：用 LTC4225 实现以 IN1 作为优先输入的双通道电源优先级区分器

　　PRIMARY SUPPLY：主电源
　　BACKUP SUPPLY：备份电源
　　交换电源端和负载端的二极管和热插拔 FET
　　LTC4225 允许采用背对背 MOSFET 的应用将在电源端的 MOSFET 配置为理想二极管，在负载端的 MOSFET 配置为热插拔控制器 （图 4），反之亦然 （图 6）。图 6 中，在 MOSFET 的 GATE 和 SOURCE 引脚之间也许需要一个外部齐纳二极管来箝位，以在 MOSFET 的栅源电压额定值低于 20V 时防止 MOSFET 击穿。无论是按照那安排，LTC4225 凭借理想二极管在 IN 和 OUT 引脚之间的“或”连接，都能平滑地在电源之间切换。

　　图 6：用 LTC4225 实现在电源端具备热插拔 MOSFET、在负载端具备理想二极管 MOSFET 的应用

　　BULK SUPPLY BYPASS CAPACITOR：降压模式电源旁路电容器
　　PLUG-IN CARD 1：插入式板卡 1
　　BACKPLANE：背板
　　双理想二极管和单热插拔控制器
　　图 7 显示了 LTC4227 的应用，其中检测电阻器放置在并联连接的双电源理想二极管 MOSFET 之后，检测电阻器之后是单个热插拔 MOSFET。图中，在故障超时之前，LTC4227 以 1x 电流限制调节过载输出，而不像 LTC4225 二极管“或”应用那样是以 2x 电流限制。因此，在过载情况下，功耗降低了。

　　图 7：用 LTC4227 实现具备热插拔控制和存在板卡的二极管“或”应用

　　BACKPLANE CONNECTOR：背板连接器
　　CARD CONNECTOR：板卡连接器
　　LTC4227 还具有 /D2ON 引脚，这允许非常容易地确定 IN1 电源的优先级。例如，图 8 显示了一个简单的电阻分压器，该分压器将 IN1 连接到 /D2ON 引脚，这样 IN1 电源一直都是优先的，直至 IN1 降至低于 2.8V 为止，这时，MD2 接通，二极管“或”输出从 IN1 端的主 3.3V 电源切换到 IN2 端的辅助 3.3V 电源。

　　图 8：通过 LTC4227 的 D2ON，插入式板卡的 IN1 电源控制 IN2 电源的接通

　　BACKPLANE CONNECTOR：背板连接器
　　CARD CONNECTOR：板卡连接器
　　在输入发生故障时，更快地恢复输出
　　在图 4 所示的 LTC4225 μTCA 应用中，如果一个输入电源出现故障，短暂接地，而另一个电源不可用，那么 HGATE 就被拉低，以随着 IN 电源降至低于欠压闭锁门限，而断开热插拔 MOSFET。当输入电源恢复时，允许 HGATE 启动以接通 MOSFET。因为给 HGATE 和已耗尽的输出电容充电需要花一点时间，所以在此期间也许会出现输出电压欠压情况。
　　在这种情况下，LTC4228 能更快地恢复以保持输出电压不变，所以比 LTC4225 有优势。如图 9 所示，检测电阻器放置在理想二极管和热插拔 MOSFET 之间，从而允许在输入电源出现故障时，靠输出负载电容暂时保持 SENSE+ 引脚电压不变。这可防止 SENSE+ 电压进入欠压闭锁状态，并防止断开热插拔 MOSFET。输入电源在恢复的同时，给已耗尽的负载电容充电，并即时给下游负载供电，因为热插拔 MOSFET 仍然处于接通状态。

　　图 9：用 LTC4228 实现为两个μTCA 插槽提供 12V 电源的μTCA 应用

　　BULK SUPPLY BYPASS CAPACITOR：降压模式电源旁路电容器
　　PLUG-IN CARD 1：插入式板卡 1
　　BACKPLANE：背板
　　结论
　　LTC4225、LTC4227 和 LTC4228 通过控制外部 N 沟道 MOSFET，为两个电源轨实现了理想二极管和热插拔功能。这些器件提供快速反向断开、平滑电源切换、有源电流限制以及状态和故障报告功能。这些器件具有严格的 5% 电路断路器门限准确度和快速响应电流限制，可保护电源免受过流故障影响。LTC4228 能从输入电压欠压状态快速恢复，因此在面临此类事件时，可保持输出电压不变。