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ISL6144高压环形MOSFET控制器介绍

2020-9-28 16:35:05  234 控制器
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ISL6144环形MOSFET控制器和适当尺寸的N沟道功率MOSFET增加了功率分布更换功率O型圈二极管的效率和可用性在大电流应用中。在多电源、容错、冗余配电中系统,并联的类似电源对通过各种功率分配方案的负载电流。不管方案如何,一个常见的设计实践是包括分立的O型圈功率二极管,以防止反向如果其中一个电源产生灾难性输出对地短路。另外,反向电流如果当前共享方案失败并且电源电压明显低于其他电压。尽管离散的O型圈二极管解决方案已经用于一段时间,而且实施起来很便宜,它有一些缺点。主要的缺点是功率增加作为功率要求的O型圈二极管损耗系统增加。使用ORing时的另一个缺点二极管将无法检测到短路或开路的O型圈二极管,危害电力系统可靠性。开路二极管降低当二极管短路时,系统会出现单点故障对维修系统的技术人员构成危害却不知道这次失败。ISL6144可用于具有类似功能的9V至75V系统电源和内部电荷泵提供N沟道环形MOSFET的浮栅驱动。高速度(HS)比较器保护公共总线通过关闭短路的电源将MOSFET置于300ns以下并保证低反向当前。一种外接电阻可编程HS检测电平比较器允许用户设置N沟道MOSFET“VOUT-VIN”触发点,用于调整对电源的控制灵敏度提供噪音
迟滞调节(HR)放大器提供了一个慢关断O型栅场效应管。此关闭在不到其中一个电源关闭时为100μs缓慢进行系统诊断,确保零反向电流。这种慢关断机制也会对输出电压作出反应下垂、退化或断电。开路漏极故障触针将指示发生故障。故障检测电路包括不同类型的故障;包括货源短缺,任何两个都短缺O型圈MOSFET端子,或电源保险丝熔断分发路径。
特征
宽电源电压范围+9V至+75V
瞬态额定值为+100V
反向电流故障隔离
内部充电泵允许使用N通道MOSFET
HS比较器提供非常快的<0.3微秒响应货源短缺的时候到了。高速比较仪也有电阻可调的跳闸电平
HR放大器允许安静,<100微秒的MOSFET关断电源缓慢关闭
开漏、有源低故障输出,120微秒延迟
以符合UL60950(UL1950)的包装提供爬电要求
QFN套餐:-符合JEDEC PUB95 MO-220QFN-四平面无引线-封装外形-接近芯片规模的封装,提高了印刷电路板效率,外形更薄
无铅(符合RoHS)
应用
配电系统中的ORing MOSFET控制
N+1冗余分布式电力系统
文件和网络服务器(12V和48V)
电信/数据通信系统

笔记:
1.AC/DC 1至(N+1)为多级AC/DC转换器,包括AC/DC整流级和带+48VDC的DC/DC转换器输出(也可能包括功率因数校正级)。
2.DC/DC转换器1到(N+1)是提供额外中间总线的DC/DC转换器。
3.负载“+12V”和负载“+48V”可能包括其他DC/DC变换器级,以提供较低的电压,如±15V、±5V、+3.3V、+2.5V,+1.8伏等。
4.保险丝的位置可能因电力系统结构而异。
绝对最大额定值(注8)TA=+25°C热信息
车辆识别号,凭证。-0.3V至+100V
大门。-0.3V至车辆识别号+12V
HVREF。-0.3伏至5伏
公司。-0.3V至VOUT
VSET。-0.3伏至5伏
故障。-0.3V至16V
静电放电分类。2级
操作条件
电源电压范围。+9V至+75V
温度范围(TA)。-40°C至+105°C
热阻(典型值)θJA(摄氏度/瓦)θJC(摄氏度/瓦)
TSSOP包(注9)。90牛刀
QFN包(注10、11)。35 5个
最高结温(塑料包装)。+150摄氏度
最高储存温度范围。-65°C至+150°C
无铅回流曲线。
注意:不要在列出的最大额定值下或附近长时间运行。暴露在这些条件下可能会对产品的可靠性和导致不在保修范围内的故障。
笔记:
5.除非另有规定,否则所有电压均与接地有关。
6.θJA是用安装在自由空气中的高效热导率测试板上的元件测量的。详见技术简报TB379。
7.θJA是在自由空气中测量的,该部件安装在具有“直接连接”特性的高效热导率测试板上。见技术简报TB379。
8.对于θJC,“外壳温度”位置是包装底部外露金属垫的中心。
除非另有规定,否则电气规格VIN=48V,TA=-40°C至+105°C。黑体限制适用于操作温度范围为-40°C至+105°C。

除非另有规定,否则电气规格VIN=48V,TA=-40°C至+105°C。黑体限制适用于操作温度范围为-40°C至+105°C。

笔记:
9.通过一种或多种方法确保符合数据表限值:生产试验、特性和或设计。
功能管脚说明
这是外部N通道的栅极驱动输出集成电路内部电荷泵产生的MOSFET。大门开机时间通常为1毫秒。
车辆识别号
输入偏压管脚连接到源供应侧(O型圈MOSFET源)。也可以作为确定电源电压。环形MOSFET当车辆识别号低于VOUT时,将被关闭值大于外部设置的阈值。
担保
连接到负载侧(环形MOSFET漏极)。这是连接到负载的VOUT感应引脚。这是多个并联电源的公共连接点。VOUT与VIN进行比较,以确定场效应晶体管必须关闭。
内部IC高压参考电压的低压侧内部电路,也可用作附加外部电容器连接。
补偿
这是HS比较器跳闸的高压侧连接电平设置(VTH(HS))。电阻器R1,连接在COMP和VOUT以及电阻器R2提供可调VOUT-车辆识别号行程水平(0伏至5伏)。这为根据具体情况,在外部设置所需的水平系统要求。
VSET
HS比较器跳闸电平设置的低压侧连接连接在VSET和COMP之间的第二个电阻器R2与R1一起提供可调的“VIN-VOUT”级别。断层
内部片上开漏下拉式故障输出过滤(tFLT)。ISL6144故障检测电路将一旦检测到故障,立即将该引脚拉到GND。不同类型的故障及其检测机制是在“功能块描述”中详细讨论第6页。
地面
IC接地参考
详细说明
ISL6144和适当大小的N通道电源MOSFET提高了功率分配效率和大电流下更换功率O型圈二极管的有效性应用。请参阅第8页的“应用注意事项”在使用ISL6144和N通道O型圈时可节省电源MOSFET与典型的氧化还原二极管相比。
功能块描述
调节放大器缓慢(安静)关闭迟滞调节(HR)放大器用于安静/缓慢关闭机构。开始缓慢关闭当电源缓慢关闭时系统诊断。在正常运行条件下VOUT在低于车辆识别号(车辆识别号-20mV>VOUT)的20毫伏电压下行驶HR放大器调节栅极电压以保持20mV(VFWD_-HR)过ORing MOSFET的正向电压降(Vs-Vd)。这将持续到负载电流超过MOSFET能够以20mV的Vsd输出电流。在这种情况下,闸门将被充入全充泵电压(VGQP)以充分增强MOSFET。在这一点上,MOSFET将被完全增强,表现为在rDS(开)处的恒定电阻值。一旦车辆识别号开始低于VOUT,无法维持法规高功率放大器的输出被拉高,栅极被拉高在小于100微秒的时间内缓慢降到车辆识别号。因此ORing FET关闭,同时避免反向电流电源部件上的电压和电流应力。
慢关断分两个阶段实现。第一阶段从缓慢的关闭动作开始,持续20微秒第一级门拉低电流为2mA。第二次慢速关断阶段以10毫安完成闸门关断拉低电流。20微秒延迟过滤掉任何错误跳闸由于电源上可能存在噪音或故障行。
栅极开启和栅极关闭驱动器有一个50kHz滤波器减少场效应管正向压降的变化(和场效应管栅极电压)由于正常的开关电源系统开关噪声(通常高于50kHz)。这些过滤器不会影响总开启或缓慢关闭时间。必须采取特殊的系统设计预防措施以确保不会出现与交流电源相关的低频噪声在ISL6144的输入或输出端。滤波器和多电源转换级,是任何分布式DC的一部分电力系统,通常过滤掉所有这些噪音。高速比较器快速关闭有一个高速(HS)比较器,用于快速关闭ORing MOSFET,以保护公共总线电源输出端的硬短路故障(参见图1)。在正常工作期间,ORing MOSFET的栅极是电荷泵送到一个电压,这个电压取决于它是否在20mV调节模式或完全增强。在这种情况下:
如果在货源供应中发生短路故障,则会导致车辆识别号下降很快,而您不受影响多个电源并联。在没有ISL6144功能,非常高的反向电流将流动从输出端到输入端直流总线,导致一个整体的“灾难性”系统故障。

可以使用ISL6144检测和隔离故障和一个N沟道环形MOSFET。车辆识别号与VCOMP,以及任何时候:
快速关闭机制将被激活,并且MOSFET将很快关闭。这样的速度关闭取决于等效闸门荷载的大小电容。对于等效Cgs=39nF。门关了时间<300ns,门极下拉电流2A。VTH(HS)电平(HS比较器跳闸电平)可调通过外部电阻R1和R2达到一定值理论上从0V到5.3V。典型值为0.05V至0.3V。这样做是为了避免错误关闭由于直流开关中存在噪音或小故障电源。阈值电压计算如下

其中VREF(VSET)是内部齐纳参考(5.3伏典型)在VOUT和VSET引脚之间。R1和R2必须是选择它们的总和约为50kΩ。外部的电容器C2需要在VOUT和COMP引脚之间提供高频去。HS比较器具有一个50ns量级的内部延迟时间,它是<300ns总关断时间规格(带Cgs=39nF)。门逻辑与电荷泵集成电路有两个充电泵。第一个充油泵为N通道生成浮动栅极驱动器MOSFET。第二个电荷泵输出电流相反慢关断晶体管的下拉电流提供栅极电压的调节。电荷泵的存在允许使用具有浮栅驱动的N沟道MOSFET。这个N通道mosfet通常具有较低的rDS(ON)(不到提到成本节约)与P沟道mosfet相比,允许进一步降低传导损耗。
偏差和参考
两个内部齐纳电源的偏置电流(HVREF和VSET)由该块提供。这个街区也是提供0.6伏用于紫外波段的带隙基准检测电路。
欠压比较器
欠电压比较器将HVREF与0.6伏内部参考。一旦低于这个水平,紫外线电路拉下并按住门销,只要存在HVREF紫外线条件。车辆识别号和HVREF引脚相互跟踪。
高压通夹
高压通过和夹紧电路防止比较器损坏时的输出电压快速输入车辆识别码。比较器从5伏开始运行在HVREF和VIN之间提供。这些设备的额定值对于5V,如果允许VOUT存在,则会损坏(输出由其他并联电源供电),以及在车辆识别号下降时不会下降。例如,如果车辆识别号降至30V,VOUT保持在48V,差分电压在比较器的“-”和“+”端子之间18V,超过设备额定值并导致IC永久损坏。故障检测块故障检测块有两个监测电路(参见图2):
1.当门<VIN+0.37V时,门监控检测
2.当车辆识别号-0.41V>VOUT时,VOUT监控检测到这两个输出是或、反转、电平移位和延迟使用内部筛选器(tFLT)故障检测可检测到以下故障电路:
1.由于货源供应严重短缺,ORing FET关闭,导致车辆识别号<VOUT
2.O型圈场效应晶体管的短路端子
3.电源路径中的保险丝熔断
4.开门终端
5.紫外线参考故障销未锁定,下拉开关将关闭一旦故障排除且销变高,则关闭阻抗。通常,外部上拉电阻器是连接到外部电压源(例如5V,3.3V)要将插脚拉高,可使用LED指示存在故障。

应用注意事项
氧化还原MOSFET的选择用氧化还原MOSFET代替氧化还原二极管的结果提高电力系统的整体效率整个O形圈的元素都减少了。O型圈的使用在较高的电流水平下,mosfet变得更加重要,因为传统使用的O型圈二极管的功率损耗是非常高。这些二极管的高功耗需要特殊的热设计预防措施,如加热水槽和强制气流。例如,在48V、40A(1+1)冗余系统中均流,使用肖特基二极管作为O型环(拍卖)装置(见图3),正向电压下降是在0.4伏到0.7伏范围。让我们假设它是0.5伏,每个二极管的功率损耗如等式4所示:

两个O型环二极管的总功率损耗为20W。

如果每个馈源使用一个5兆欧的单个MOSFET,则功率损耗在每个MOSFET上,如等式5所示:
两个环形mosfet的总功率损耗为4W。如果均流方案失败,或DC/DC#1,全负荷由DC/DC#2供电。奥林MOSFET M2或ORing二极管D2将进行全负载电流。整个O型环装置的功率损耗为如方程式6所示:
这表明最坏情况下的失败场景必须是在选择氧化还原MOSFET时考虑到了这一点。在这个如果我们需要使用两个平行的mosfet降低整体功耗,防止过度任何单个MOSFET的温升。另一种选择将是选择一个低rDS(开)的MOSFET。N沟道环形MOSFET的最终选择取决于在以下方面:
1.额定电压:漏源击穿电压VDS必须高于最大输入电压包括瞬变和尖峰。也是通往源头的大门必须考虑额定电压,ISL6144最大栅极充电电压为12V,确保使用过的MOSFET的最大VGS额定值大于12V。
2.功率损耗:在这种应用中,环形MOSFET是用作串联传递元件,通常是在高负载电流下增强;开关损耗为可以忽略不计的。主要的损耗是传导损耗取决于MOSFET rDS(ON)和每馈入负载电流。为了一个N+1冗余系统,具有完美的电流共享每个馈电MOSFET损耗如等式7所示:rDS(ON)值也取决于结温;显示这种关系的曲线通常是MOSFET的数据表。价值的增加必须考虑rDS(开)温度过高。
3.稳态和峰值电流处理能力还有两个必须考虑的重要参数。最大允许漏极电流的限制来自对最大允许设备的限制结温。热板设计必须能够在不超过MOSFET的允许结温。选择ORing时的另一个重要考虑事项MOSFET是通过它的正向电压降。如果这个下降接近0.41伏限值,用于VOUT故障监控机制,那么这将导致故障指示。通常选择电压降不超过100毫伏左右的数值。
“ISL6144+ORing FET”与“ORing二极管”解决方案
“ISL6144+ORing FET”解决方案效率更高,这将简化了电路板和热设计。它也会不需要为O型圈二极管安装散热器。这个将节省成本。此外,ISL6144解决方案提供更灵活、可靠和可控的O型圈功能性和针对系统故障场景的保护(参见第8页的“故障检测块”)。另一方面,最常见的故障是二极管O型圈包括开路和短路故障。如果其中一个二极管(馈电A)无法打开,然后另一个B将提供所有的电力需求。系统将继续运行而不通知此故障,将系统减少到单一故障点。更多危险故障是二极管短路故障。这个系统将继续运行,而不通知发生短路。有了这个故障,瞬变和故障在Feed B上传播到Feed A。同样,这个无声的短故障可能对技术人员造成重大安全隐患为这些提供服务的人员。
“ISL6144+ORing FET”与“离散ORing FET”解决方案如果我们将ISL6144集成解决方案与离散解决方案进行比较ORing MOSFET解决方案,ISL6144在所有方面都取得了胜利。主要有:PCB房地产节约,成本节约,并降低该部分电路的平均无故障时间组件总数减少。简而言之,这种集成电路提供的解决方案增强了电源系统性能和保护,而不添加任何相当大的成本。此解决方案提供了两个PCB板房地产储蓄与简易实施一体化解决方案。设置外部HS比较器阈值电压通常,冗余电力系统中的并联模块具有某种形式的有功均流,以实现该计划的好处,包括较低的运营成本温度、更低的系统故障率和更好的瞬态共享加载步骤时的响应。当前共享是使用不同的技术实现;所有这些技术将导致类似的模块在类似的开关频率、占空比、输出条件电压和电流。当并联模块是当前的共享时,它们各自的输出纹波在振幅和频率以及公共总线将具有与这些单独模块的波纹相同,不会导致任何要激活的关闭机制两个感应节点(车辆识别号和你)。这将允许设置高速比较器阈值(VTH(HS))非常低。作为起点可以使用50mV的VTH(HS),这个TH的最终值将依赖于系统,必须在系统原型阶段。如果闸门出现错误,关闭由于系统噪声,必须增加VTH(HS)。反向电流峰值可以估计为:

VSD是MOSFET正向压降。VOS(HS)是HS比较器的电压偏移量。反向电流脉冲的持续时间是几百纳秒,通常远低于额定电流O型管MOSFET。
降低VTH(HS)值会导致较低的反向电流幅值和减少瞬变总线输出电压。HVREF和COMP电容值高压参考电容器(C1)这个电容器是稳定HVREF(VZ)电源所必需的150nF的值就足够了。增加这个值将导致门开启时间增加。补偿电容器(C2)放置在VOUT和COMP管脚之间以提供过滤以及脱钩。10nF电容器足以满足大多数案例。保护VIN和VOUT免受高dv/dt事件的影响在缺少足够的VIN和VOUT的热插拔应用程序中体积电容和ISL6144直接位于连接到一个预偏压总线,该总线暴露了车辆识别号或这些引脚必须直接连接到高dv/dt瞬态被过滤以防止高dv/dt瞬态。使用pin 2系列的简单RC滤波器电阻,10-100Ω和100nF或更大的最佳设计实行电容器对地去耦。这将提供>为保护车辆识别码,车辆识别码的上升时间为1微秒。约3.3的电阻乘以该值应与VOUT pin串联以减少引入的HS-Vth误差。或者,编程的HS-Vth可以向上调整通过第9页所述的RVIN电压。




笔记:
10.D1,D2是寄生MOSFET二极管。
11.两个DC/DC转换器上的远程检测引脚(+S)必须直接连接到模块输出(Sa闭合)或CB点(Sb关闭)。不建议连接到CB,因为在PS输出短路的情况下,它可能会导致故障传播。
12.F1、F2是可选的,可根据电力系统配置和要求排除。
13.DC/DC#1,2配置基于Vicor V48B48C250AN3。


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