高可靠性電源系統(tǒng)的熱插拔原理和應用問答選編
問:MOS管有兩種,一種是NPN,另一種是PNP,兩種都可以用嗎?
答:MOS管分為N溝道和P溝道兩種,在熱插拔產(chǎn)品通常采用N溝道的MOSFET。P溝道要采用負壓控制,在這里是完全不必要使用P溝道的MOSFET。
問:MSOP封裝的引腳間距很小,外部高電壓會不會影響到可靠性?
答:封裝完全可以保證芯片正常工作的需要,如果電壓足夠高,Layout要做好隔離和EMI的控制。
問:TI的熱插撥產(chǎn)品會不會對CPU產(chǎn)生干擾
答:熱插拔不會對CPU產(chǎn)生干擾,反而會增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
問:TI熱插撥產(chǎn)品的選型除了額定電壓和額定電流外還有什么要特別注意的?
答:需要注意的是選用什么樣的工作模式:Latchoff或者Autoretry,是不是需要功率限制功能來保護MOSFET。
問:高可靠性電源系統(tǒng)的熱插拔系統(tǒng)是如何穩(wěn)壓的?
答:通過限制電流過快上升,使電流較平穩(wěn)地過渡到穩(wěn)定值,達到輸出電壓逐漸穩(wěn)定。
問:TI的熱插拔和用分立元件(自恢復保險絲,TVS管的區(qū)別在哪里?有什么優(yōu)缺點?
答:自恢復保險絲只是起到熔斷的作用,響應速度較慢,功耗較大,不適合用于具有熱插拔功能的產(chǎn)品。TVS只是起到過壓保護的作用。這兩種產(chǎn)品會用在一般的產(chǎn)品中,成本低但性能很差。TI的熱插拔電源管理IC不僅可以起到保護的作用,而且反應速度快,還可以提高系統(tǒng)的可靠性。
問:如果系統(tǒng)突然斷電和恢復,對熱插拔電路是否有影響?是否會損壞負載電路?
答:不會有影響,也不會損壞負載。熱插拔電源管理IC也會起到保護的作用。
問:電源的熱插拔和USB等設備的即插即用有什么區(qū)別嗎?
答:熱插拔電源管理器件與USB或即插即用設備的電源限流很相似。即插即用的設備使用熱插拔電源管理器件,必須有支持即插即用的系統(tǒng)和驅動作支持。
問:雙路熱插拔芯片中的兩路分別完成什么功能?
答:雙路熱插拔是考慮負載需要接入系統(tǒng)的電源不同,例如一路需要+5V,而另一路需要+12V,這樣就有必要將兩路分開單獨控制。
問:使用熱插拔芯片進行設計需要注意些什么?
答:主要考慮應用環(huán)境和需要的功能。例如,如果用于工業(yè),需選用工業(yè)級的產(chǎn)品以及工作電壓范圍;是選用閉鎖模式還是自動重試模式;是不是需要最大功率控制等額外的功能。
問:熱插拔電路板插座上是否有引腳長短的區(qū)別?
答:如果您設計的產(chǎn)品必須符合相關協(xié)議、規(guī)范以及規(guī)定,如果相關內(nèi)容對接口機械參數(shù)或者電氣參數(shù)有要求,引腳會有所區(qū)別,例如長短和排序等。
問:熱插拔電路對電壓和電流的大小有什么限制?
答:熱插拔電源管理IC本身有正常的工作電壓范圍,可以設定最大限制電流或者Fault電流。電壓和電流不能超過規(guī)定的范圍。
問:熱插拔電源如何實現(xiàn)對電流的控制?
答:通過采樣RSENSE獲取電流值信息,如果電流超過最大設定值或者最大限制值時,熱插拔電源管理IC進入Latchoff或者Autoretry狀態(tài),控制MOSFET導通的時間,前者MOSFET斷開,后者MOSFET間隔一定時間后導通或斷開,這樣可以保證不會出現(xiàn)浪涌電流,實現(xiàn)負載電流慢慢上升的過程。
問:如何避免電流過大引起的故障?
答:熱插拔電源管理IC可以限制最大電流,正確設置RSENSE的值就可以得到合適的允許最大電流,超過最大電流的限制時熱插拔電源管理IC即可進入保護狀態(tài)。
問:熱切換功能的優(yōu)點有哪些?
答:熱插拔功能一方面起到保護負載的作用,另一方面提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)在線時接入新的負載,負載會產(chǎn)生浪涌電流,熱插拔限制和抑制浪涌電流產(chǎn)生,保護了負載。另外接入新的負載時不會使輸入電壓驟降造成系統(tǒng)其它工作失?;蛘邚臀?,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。
問:如果電流上升斜率太小,會不會導致無法滿足電路模塊間所必需的上電順序?
答:會對上電順序造成一定影響,此時需要根據(jù)負載設定合理的定時電容的值。
問:選擇熱插拔產(chǎn)品需要注意哪些規(guī)格?
答:主要考慮使用的溫度范圍、使用電壓范圍(比如高壓應用還是低壓應用)、操作的類型(比如是切斷類型還是自動重試類型),以及電流限制、平均功率控制等其它功能的選用。因為器件型號不同,對應的功能也不大相同。
問:一般工業(yè)控制在什么地方需要使用熱插拔?工控與計算機的熱插拔概念有無不同?
答:熱插拔便于調(diào)試維修和替換,對于某些工業(yè)控制,需要系統(tǒng)不間斷控制,此時必須使用支持熱插拔的設備和負載。平時計算機所說的熱插拔大都是指支持熱插拔的設備,我們在這里講的是熱插拔電源管理器件。
問:在負載短路情況下,熱插拔上沖電流是否能夠限制?如何實現(xiàn)?
答:當負載短路時,由于負載電容變小,電流并不會出現(xiàn)較大過沖。如果電流明顯超過IMAX或者ILIM,MOSFET會及時切斷。
問:在開關電源中,有沒有關于MOSFET選擇的標準?
答:開關電源選用MOSFET優(yōu)先考慮功耗的問題。除了最大耐壓、最大電流能力及導通電阻外,尚有其它在實際應用時需要注意的參數(shù),如傳導、柵極電荷、崩潰、溫度的影響。
問:在熱拔插電源方案中,在負載斷開時會產(chǎn)生尖端放電嗎?如果有,如何避免?
答:熱插拔電源管理是針對負載接入熱系統(tǒng)的過程中負載出現(xiàn)浪涌電流、系統(tǒng)電源急劇下降以及其它可靠性問題的解決方案。若存在感性和容性負載,即使不是熱插拔設備也會有放電現(xiàn)象,可以考慮設計泄放回路。
問:在冗余電源系統(tǒng)中,除可以使用隔離二極管來降低單點故障,是否還有其它方法來降低單點故障?
答:TI推出了Oring和N+1的產(chǎn)品,這些產(chǎn)品和FET組和替代了二極管,具有更好的性能。首先,F(xiàn)ET功耗很小,遠遠低于二極管;其次,設計更加有彈性,F(xiàn)ET可任意關閉和打開,這是二極管所不具有的特性;另外保護功能更強,F(xiàn)ET關閉時間比二極管快,可雙向阻斷故障電壓轉換器。
問:在實際應用中,熱插拔技術在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性上都采取了哪些措施?
答:部分熱插拔電源管理產(chǎn)品產(chǎn)品設計有欠壓保護、精確的最大電流限制、可編程的平均功率限制、可編程過流限制、錯誤指示等功能。這些功能保證了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
問:怎樣保證不把噪聲誤判為過壓或者欠壓?
答:如果噪聲引起的電壓低于器件本身正常工作電壓,欠壓保護會起作用,過壓超過器件本身的最大承受電壓,就會對器件產(chǎn)生破壞。所以這兩種保護都可以保證器件的正常使用和安全,主要解決點還是限制或者抑制噪聲的出現(xiàn),例如增加去耦電容等。
問:電源的熱插拔會不會對后面的系統(tǒng)造成損害?比如筆記本電源突然斷電,會直接造成對主板的沖擊,這個是如何考慮的?
答:電源熱插拔不會對系統(tǒng)造成危害,熱插拔電源管理器件有效保護負載,防止過大的沖擊電流,另一方面使系統(tǒng)電源正常供電,避免接入負載出現(xiàn)過大的電壓降。電源突然斷電不會對主板造成很大的傷害,原因是內(nèi)部設有保護電路和泄放回路。