4. 第二柵極驅(qū)動(dòng)（Gate 2）

• TPS23521 的第二熱插拔柵極驅(qū)動(dòng)（GATE2）可用于節(jié)省需要多個(gè)熱插拔 MOSFET 的應(yīng)用中的 BOM 成本和尺寸。第二個(gè) MOSFET 僅在主 FET 增強(qiáng)時(shí)開啟，因此第二個(gè) MOSFET 不會(huì)承受大電流和大電壓，降低了對(duì) SOA 的要求。在許多情況下，5x6 QFN FET 可以替代 D2PACK FET，提高了穩(wěn)態(tài)效率并降低了功率損耗。

四、設(shè)備功能模式

TPS23521 具有四種不同的操作狀態(tài)，控制器根據(jù)不同的信號(hào)在這些狀態(tài)之間切換：

1. OFF 狀態(tài)

• 熱插拔 FET 關(guān)閉，控制器等待啟動(dòng)?？赡艿脑虬ㄝ斎腚妷翰辉谟行Х秶鷥?nèi)、熱插拔處于冷卻狀態(tài)且定時(shí)器正在進(jìn)行故障后的重試循環(huán)、VCC 低于其 UVLO 閾值等。

  2. 插入延遲狀態(tài)

• 熱插拔 FET 關(guān)閉，控制器等待插入延遲結(jié)束。此狀態(tài)允許輸入電源在熱插拔后穩(wěn)定。如果輸入電壓不在有效范圍內(nèi)或 VCC 低于其 UVLO 閾值，控制器將返回 OFF 狀態(tài)。插入延遲結(jié)束后，控制器將進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)。

  3. 啟動(dòng)狀態(tài)

• 控制器開啟并對(duì)輸出電容充電。SS 引腳內(nèi)部連接到 GATE 引腳以控制輸出壓擺率，使用較低的柵極源電流和較低的電流限制與快速跳閘設(shè)置，以減少故障情況下 MOSFET 的應(yīng)力。如果輸入電壓不在有效范圍內(nèi)、定時(shí)器因過流超時(shí)、VCC 低于其 UVLO 閾值或快速跳閘觸發(fā)，控制器將返回 OFF 狀態(tài)。當(dāng) PG_degl 信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，控制器將進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

  4. 正常運(yùn)行狀態(tài)

• 熱插拔完全開啟，SS 引腳與 GATE 引腳斷開連接以提高瞬態(tài)響應(yīng)，使用全柵極源電流和根據(jù) D 引腳設(shè)置的電流限制與快速跳閘閾值。如果 PG_degl 變?yōu)榈碗娖健⒍〞r(shí)器因過流超時(shí)或 VCC 低于其 UVLO 閾值，控制器將返回 OFF 狀態(tài)。

五、應(yīng)用與設(shè)計(jì)實(shí)例

1. 設(shè)計(jì)要求

在設(shè)計(jì) -48V 熱插拔電路時(shí)，需要考慮以下關(guān)鍵參數(shù)：

• 輸入電壓范圍：例如 -36V 至 -72V。
• 最大負(fù)載功率：如 1200W。
• 輸出電容：例如 4 x 330μF。
• 輸出電容位置：位于 EMI 濾波器之后。
• 最大環(huán)境溫度：如 65°C。
• MOSFET 的熱阻 (R_{theta CA})：取決于布局，例如 20°C/W。
• 是否通過輸出熱短路測試：是。
• 是否通過啟動(dòng)到短路測試：是。
• 負(fù)載是否在 PG 信號(hào)有效之前關(guān)閉：是。

2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

（1）選擇 (R_{SNS})

首先計(jì)算最大負(fù)載電流，根據(jù)輸入電壓和負(fù)載功率確定。為提供一定的余量，設(shè)置目標(biāo)電流限制，然后通過公式 (R{SNS, CLC }=frac{V{SNS, CL 1}}{I{CL, 1}}) 計(jì)算 (R{SNS})。

（2）選擇軟啟動(dòng)設(shè)置：(C{SS}) 和 (C{SS, VEE})

計(jì)算定時(shí)器跳閘時(shí)的最小浪涌電流，然后根據(jù)目標(biāo)浪涌電流計(jì)算 (C{SS})。選擇接近計(jì)算值的電容，并添加 (C{SS, VEE}) 以提高軟啟動(dòng)期間對(duì)輸入電壓噪聲的免疫力。

（3）選擇 (V_{DS}) 切換閾值

通過公式 (R{D}=30 k Omega timesleft(frac{V{D S, S W}}{1.5 V}-1right)) 計(jì)算 (R{D})，以設(shè)置 (V{DS}) 閾值，該閾值決定電流限制從 CL1 切換到 CL2。

（4）定時(shí)器選擇

根據(jù)所需的超時(shí)時(shí)間 (T{TO}) 和定時(shí)器源電流 (I{TMR,SRS})，通過公式 (C{TMR}=frac{T{TO} × I{TMR,SRS}}{V{TMR}}) 計(jì)算 (C_{TMR})。

（5）MOSFET 選擇和 SOA 檢查

選擇 MOSFET 時(shí)，考慮 (V{DS}) 額定值、(R{DSON}) 和安全工作區(qū)（SOA）。選擇合適的 MOSFET 后，檢查其在啟動(dòng)、輸出熱短路和啟動(dòng)到短路等關(guān)鍵應(yīng)力場景下的 SOA 能力。

（6）EMI 濾波器考慮

在熱插拔后使用 EMI 濾波器時(shí)，需要考慮濾波器的電感。在熱短路時(shí)，電感會(huì)積累電流，因此需要使用續(xù)流二極管和緩沖器來處理這些電流。

（7）欠壓和過壓設(shè)置

通過電阻分壓器編程欠壓和過壓保護(hù)的閾值和遲滯。選擇合適的電阻值，以確保在輸入電壓波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（8）選擇 (R{VCC}) 和 (C{VCC})

VCC 作為內(nèi)部電源軌，是一個(gè)并聯(lián)調(diào)節(jié)器。為確保內(nèi)部環(huán)路的穩(wěn)定性，(C{VCC}) 至少需要 0.1μF，同時(shí)建議將其保持在 1μF 以下以確保合理的上電時(shí)間。(R{VCC}) 的大小應(yīng)確保在最低工作電壓下為 IC 提供足夠的電流。

（9）電源良好接口到下游 DC/DC

通過 PGb 引腳控制下游 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，確保在熱插拔對(duì)大容量電容充電時(shí)，下游 DC/DC 保持關(guān)閉狀態(tài)。

六、布局注意事項(xiàng)

1. 布局準(zhǔn)則

• VEE 和 SNS 引腳：需要與感測電阻進(jìn)行開爾文連接，以確保電流感測的準(zhǔn)確性。
• VEE 走線：應(yīng)粗且短，以最小化 IR 壓降并避免引入電流感測誤差。
• 電源平面分離：建議使用網(wǎng)絡(luò)連接來分離進(jìn)入 (R_{SNS}) 的電源平面和與 VEE 的開爾文連接。
• 連接位置：將 UVEN 電阻分壓器、OV 電阻分壓器和 TMR 電容連接到 “VEE”，以確保最大的準(zhǔn)確性。
• 濾波電容：SNS 上的濾波電容應(yīng)盡可能靠近 IC 放置。

2. 布局示例

文檔提供了布局示例，展示了如何合理安排各個(gè)元件的位置，以確保電路的性能和穩(wěn)定性。

七、總結(jié)

TPS23521 作為一款高性能的熱插拔控制器，具有多種強(qiáng)大的特性和功能，適用于 -48V 電信系統(tǒng)等多種應(yīng)用場景。在設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮各種因素，如電流限制、軟啟動(dòng)、定時(shí)器、MOSFET 選擇等，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，合理的布局設(shè)計(jì)也是保證電路性能的關(guān)鍵。希望本文能夠?yàn)?a href="http://m.makelele.cn/v/tag/125/" target="_blank">電子工程師在使用 TPS23521 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有價(jià)值的參考。

你在使用 TPS23521 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？你是如何解決這些問題的？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。