最小化热插拔控制电路的短路电流脉冲

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最小化热插拔控制电路的短路电流脉冲

由于内部断路器延迟和有限的MOSFET栅极下拉电流，大部分热插拔控制器在发生输出短路故障的最初10ms到50ms之间没有限流控制。这可能造成上百安培的瞬态电流。利用一个简单的外部电路可以解决这个问题，它将初始短路尖峰电流降至最小，并在200ns到500ns以内消除短路故障（断开电源和短路负载）。
　　一个典型的+12V、6A的热插拔控制电路（图1）包括门限分别为50mV和200mV的慢速和快速比较器。选用6mW的检流电阻，则慢速比较器在8.3A产生故障触发，进行过流保护；而快速比较器的触发点为33.3A，主要进行短路保护。

　　发生短路故障时，快速比较器自身延迟和完成对M1栅极电容放电，完全切断短路负载需要30ms的时间，在此期间，短路尖峰电流仅仅受电路阻抗的限制 。 在图1所示的短路测试波形中，记录下来的短路尖峰电流为400A（加在Rs上的峰值电压达到2.4V），在28ms后短路电流降至100A。  
　　通过增加一个pnp达林顿晶体管可加速栅极放电，从而使短路瞬态过程缩短到0.5ms以内(图 2)。在MOSFET开启阶段，D1保证了正常的栅极充电驱动过程。关断时，热插拔控制器的3mA栅极放电电流改为直接驱动Q1的基极。Q1快速响应，在￡100ns的时间里完成对MOSFET栅极的放电。这样，发生短路时的瞬态大电流过程就被大大缩短，略大于快速比较器350ns的延迟时间。

　　图2和图3中明显的反向过冲和快速电流爬升是由检流电阻的寄生电感引起的。图3中的三角波振荡是由示波器的接地引线认为引入的干扰成份。

　　图3所示电路可以将短路尖峰电流控制在大约100A以下，瞬态过程限制在<200ns。当Rs上的电压降达到大约600mV时，pnp晶体管Q1a就会被触发，驱动npn晶体管Q1b加快M1栅极电容的放电，从而关断M1。检流电阻的寄生电感引起的陡峭的电压波形对pnp晶体管的快速触发也有一定帮助。
　　M1栅源之间的电容C2可以减小输出短路时作用在栅极上的正向瞬态阶跃电压。齐纳二极管D1通过将VGS限制在MAX4272所能输出的最大值（7V）以下降低了ID(ON)。虽然D1在偏置电流为5mA时的稳压标称值为5.1V，但在本电路中，因为MAX4272仅能输出100mA的栅极充电电流（这里是齐纳二极管的正向偏置电流），D1将把VGS限制在大约3.4V左右。VGS受到限制后即可降低ID(ON)-在某种程度上RD(ON)会增大一点-这意味着可以更快地关断M1。D1和C2也可以用在图1和图2中的电路以降低短路时的ID(ON)，
　　在负载发生短路故障时，上述两个电路都可以通过限制能量释放来保护背板供电电源。图2所示简单电路能够将短路瞬态过程缩短到500ns以内，而图3所示略微复杂的电路可将短路电流控制在100A以内，瞬态过程小于200ns。这两种电路适用于绝大部分热插拔控制电路。具体测试结果可能会有一些差异 ，主要取决于背板电源内阻，短路故障负载阻抗以及短路故障负载本身的特性和故障发生时间。

李小路

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