工作于线性区功率MOSFET（3）：热插拨浪涌电流限制方法

时间：2021-11-04 16:20:07

关键字：线性浪涌电流功率MOSFET

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[导读]通信设备和服务器中，在插入和拔出电路板和板卡进行维修或者调整容量时，系统必须能够保持正常工作。当后级的电路板和板卡接入前级电源系统时，由于后级电路输入端带有大的滤波电容，那么，在上电的瞬间电容相当于短路，大的电容充电电流和负载电流一起作用，产生大的浪涌电流，同时大的浪涌电流导致高...

通信设备和服务器中，在插入和拔出电路板和板卡进行维修或者调整容量时，系统必须能够保持正常工作。当后级的电路板和板卡接入前级电源系统时，由于后级电路输入端带有大的滤波电容，那么，在上电的瞬间电容相当于短路，大的电容充电电流和负载电流一起作用，产生大的浪涌电流，同时大的浪涌电流导致高的电流和电压变化率，对系统产生一系列的安全问题。

（1）高的电流和电压变化率与回路的寄生电容和电感产生电流和电压尖峰，从而产生EMI问题。

（2）电流和电压尖峰对回路的滤波电容，半导体器件及芯片，产生过电流和过电压冲击，影响它们的安全和使用寿命。

（3）大的浪涌电流还会导致前级电压的跌落，引起前级电源管理IC的复位，系统会重新起动。

（4）瞬态的大浪涌电流会导致电路中使用的保险丝熔断，导致系统不正常的停机。

1、使用被动元件

抑制浪涌电流的本质就是要限制电路的电压变化率di/dt、dV/dt，抑制浪涌电流使用的被动元件LC滤波器，串联电阻和串联NTC压敏电阻。

（1）LC滤波器：通常在电路板的输入电源端口都会加LC滤波器，减小输入的干扰，满足系统的EMI的要求，并维持电压的稳定，电感也可以限制输入的浪涌电流。

通常要求电感有足够大的饱和电流，这样在大的电流的工作条件下，电感不会饱和，才能起到滤波和抑制浪涌电流的作用。具有较高的饱和电流的电感，尺寸和重量大，成本也高。

（2）串联电阻：使用的电阻大，在回路会产生较大的损耗，影响系统效率；使用的电阻大小，抑制浪涌电流效果较差。

有些系统使用继电器来控制串联电阻，系统上电起动完成后，将串联电阻从主回路切断。使用继电器增加了成本和体积，线圈两端触点的开闭，会产生干扰，同时也会产生振动，同时继电器的使用寿命低。

（3） NTC压敏电阻：NTC只有在初次起动的启动中才能抑制浪涌电流，而在连续的开关机起动过程中，失去效果。

2、使用有源器件

抑制浪涌电流使用的主动元件有串联SCR晶闸管和串联功率MOSFET，SCR晶闸管过去也应用于浪涌电流抑制电路，由于它的体积大，功率损耗大，控制电路复杂，现在已经很少使用。

目前，功率MOSFET由于栅极驱动电路简单，导通电阻小稳态功耗低，线性区工作特性可以有效抑制浪涌电流，因此广泛应用于负载开关和热插拨（带电插拨）电路。

热插拔电路就是在插入电路板的电源之间串联功率MOSFET，通过分立元件或集成IC控制功率MOSFET的开通和关断，实现软启动缓慢接入电源，控制输入浪涌电流对负载电容充电，从而保证后级电路从正在工作的系统中插入或移除时避免了出现连接火花、干扰背板供电和电路板卡复位等问题。

这种电路还具有实现不同的电源上电排序的功能，集成的负载开关和热插拨电路同时还有电源管理的一些功能。

通讯系统中 12V热插拨系统，如果使用P沟道功率MOSFET，放在高端直接驱动。如果使用N沟道功率MOSFET，放在高端必须使用浮驱或自举驱动（很少使用变压器驱动）。虽然N沟道功率MOSFET放在低端可以直接驱动，这样会导致输入地、输出地的隔断，产生不共地问题，因此很少使用。P沟道功率MOSFET的成本高、导通电阻大，通讯系统中现在使用也越来越少。

图1：正输入电压热插拨

通讯系统中 48V热插拨系统，现在也是使用N沟道功率MOSFET，放在高端使用浮驱或自举驱动。而-48V的热插拨系统，使用N沟道功率MOSFET，可以放在低端直接驱动。

图2：负输入电压热插拨