作者：Rich Nowakowski

 

我曾經(jīng)遇到過節(jié)假日有客人上門，必須跑到商店，在關(guān)門前挑選幾件物品的情況。我當(dāng)時(shí)就意識到“跑”這個(gè)單詞會(huì)有多少種意思呢。我聽說單單作為動(dòng)詞，他就有645個(gè)意思，并且還在不斷增加！表面上看起來很簡單的事情實(shí)際上會(huì)很復(fù)雜。想一想，功率MOSFET只有三個(gè)引腳（柵極、源極、漏極）。長假過后，當(dāng)回到辦公室開始設(shè)計(jì)全新的電源管理熱插拔應(yīng)用時(shí)，我想到看起來簡單的功率MOSFET會(huì)有多么復(fù)雜，還有就是在為熱插拔應(yīng)用和功率轉(zhuǎn)換分別選擇一款MOSFET時(shí)會(huì)有什么不同。

 

圖1：看起來簡單的N通道MOSFET

熱插拔電路使用一個(gè)功率MOSFET作為串聯(lián)限流器件，并且控制啟動(dòng)涌入電流和故障電流。瞬變和故障事件發(fā)生期間，MOSFET的能耗會(huì)大于穩(wěn)定狀態(tài)下消耗的電能，并且會(huì)超過MOSFET的發(fā)熱限值，所以設(shè)計(jì)人員必須確保MOSFET在其安全工作區(qū) (SOA) 內(nèi)運(yùn)行。有很多不錯(cuò)的資源可以幫助設(shè)計(jì)人員選擇一款合適的MOSFET來滿足所有事件區(qū)域內(nèi)的功率耗散要求。請閱讀“穩(wěn)健耐用的熱插拔設(shè)計(jì)”來了解與MOSFET選擇相關(guān)的設(shè)計(jì)過程。

德州儀器 (TI) 還提供針對熱插拔應(yīng)用的詳細(xì)Excel表格計(jì)算器。此應(yīng)用使用應(yīng)用注釋中列出的方法進(jìn)行功率限制。這里有一個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算器的鏈接，此計(jì)算器特有TPS27420，一款支持電流監(jiān)控的2.5V至18V熱插拔控制器。熱插拔和電子熔絲 (e-fuse) 計(jì)算器的完整列表請單擊這里。對于TPS27420，一款值得考慮的功率MOSFET協(xié)同器件是采用5mmx6mm SON封裝的全新30V CSD17570Q5B。這款MOSFET在其封裝尺寸內(nèi)特有業(yè)界較低的0.56毫歐導(dǎo)通電阻（典型值，VGS = 10V），并且專門針對高電流熱插拔應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

一個(gè)檢查MOSFET是否能夠耐受熱插拔應(yīng)用中DC或單脈沖電流的快速方法就是查看MOSFET SOA曲線。這些SOA曲線通常假定結(jié)溫從25°C的環(huán)境溫度上升到額定較大結(jié)溫，在這個(gè)情況下為150°C。然而，散熱要求常常需要在更高的起始溫度上運(yùn)行，并且圖中的數(shù)據(jù)必須根據(jù)等式1針對較低的溫度上升值進(jìn)行調(diào)整，其中SOAT代表在任意溫度T上的SOA性能，SOAJMAX 代表制造商SOA曲線的一個(gè)特定點(diǎn)上的性能，而TJMAX 和 TA 代表峰值和環(huán)境結(jié)溫。

等式1：SOAT =SOAJMAX x (TJMAX – T) / (TJMAX – TA)

  

圖2：CSD17570Q5B在25°C時(shí)的較大安全工作區(qū) 

例如，SOA曲線顯示CSD17570Q5B在25°C，1ms脈沖，較大輸入12V的條件下能夠耐受15A（或180W）的電流。比如說，當(dāng)MOSFET工作結(jié)溫為79°C時(shí)，功率性能降為102W = 180W * (150-79) / (150 – 25)。

較短的單音節(jié)詞看起來簡單，但是意思很復(fù)雜-這也一定是他們在排名前40歌曲的歌詞中被廣泛使用的原因。引腳數(shù)量低的集成電路也可以很復(fù)雜。所以，我投功率MOSFET一票。