摘 要： 為降低冗余電源系統的功耗，LTC4225、LTC4227和LTC4228采用外部N溝道MOSFET作為傳遞組件，為兩個電源軌實現了理想二極管和熱插拔功能。從而在這些MOSFET接通時，最大限度地減小了從電源到負載的壓降。同時提供了快速反向斷開、平滑電源切換、有源電流限制以及狀態和故障報告功能。
關鍵詞： MOSFET；熱插拔；電源軌；欠壓
用肖特基二極管實現多電源系統有多種方式。例如，μTCA 網絡及存儲服務器等高可用性電子系統都在其冗余電源系統中采用了肖特基二極管“或”電路。二極管“或”電路還用于采用備用電源的系統，例如 AC 交流適配器和備份電池饋送。但肖特基二極管由于正向壓降而消耗功率，所產生的熱量必須通過PCB上的銅箔區散出，或者通過由螺栓固定到二極管上的散熱器散出，這兩種散熱方式都需要占用很大的空間。
凌力爾特公司的LTC4225、LTC4227和LTC4228產品系列用外部N溝道MOSFET作為傳遞組件，最大限度地降低了功耗，從而在這些MOSFET接通時，最大限度地減小了從電源到負載的壓降。當輸入電源電壓降至低于輸出共模電源電壓時，關斷適當的MOSFET，從而使功能和性能上與理想二極管匹配。
通過增加一個電流檢測電阻器，并配置兩個具備單獨柵極控制的背對背MOSFET，LTC4225憑借浪涌電流限制和過流保護提高了理想二極管的性能。這就允許電路板安全地插入或從帶電背板拔出，而不會損壞連接器。LTC4227可以這樣使用：在并聯連接的理想二極管 MOSFET之后，增加電流檢測電阻器和熱插拔(Hot Swap)MOSFET，以節省一個MOSFET。通過在理想二極管和熱插拔MOSFET之間配置檢測電阻器，LTC4228比LTC4225有了改進，LTC4228能更快地從輸入電壓欠壓中恢復，以保持輸出電壓不變。
LTC4225-1、LTC4227-1和LTC4228-1具備鎖斷電路斷路器，而LTC4225-2、LTC4227-2和LTC4228-2提供故障后自動重試功能。LTC4225、LTC4227和LTC4228的兩種版本均分別采用24引腳、20引腳和28引腳4 mm×5 mm QFN以及SSOP封裝。
理想二極管控制
LTC4225和LTC4228用一個內部柵極驅動放大器監視IN和OUT引腳(就LTC4227而言是IN和SENSE+引腳)之間的電壓，起到了理想二極管的作用，該放大器驅動DGATE引腳。當這個放大器檢測到大的正向壓降時，就快速拉高DGATE引腳，以接通MOSFET，實現理想二極管控制。
CPO和IN引腳之間連接的外部電容器提供理想二極管MOSFET快速接通所需的電荷。在器件加電時，內部充電泵給這個電容器充電。DGATE引腳提供來自CPO引腳的電流，并將電流吸收到IN和GND引腳中。柵極驅動放大器控制DGATE引腳，以跟隨檢測電阻器和兩個外部N溝道MOSFET上的正向壓降，直至25 mV。
如果負載電流引起超過25 mV的壓降，則柵極電壓上升，以加強用于實現理想二極管控制的MOSFET。在MOSFET導通時，如果輸入電源短路，則會有很大的反向電流開始從負載流向輸入。故障一旦出現，柵極驅動放大器就會檢測到故障情況，并拉低DGATE引腳，以斷開理想二極管MOSFET。
熱插拔控制
拉高ON引腳并拉低/EN引腳，就啟動了一個100 ms的防反跳定時周期。在這個定時周期結束之后，來自充電泵的10 ?滋A電流使HGATE引腳斜坡上升。當熱插拔MOSFET接通時，浪涌電流被限制到由外部檢測電阻器設定的值上，就LTC4225而言，該電阻器連接在IN和SENSE引腳之間(就LTC4227和LTC4228而言，是SENSE+和SENSE-引腳)。有源電流限制放大器伺服MOSFET的柵極，這樣電流檢測放大器上就會出現65 mV的電壓。如果檢測電壓高于50 mV的時間超過了在TMR引腳端配置的故障過濾器延遲時間，則電路斷路器就會斷開，并拉低HGATE引腳。如果需要，可以在HGATE引腳和GND引腳之間增加一個電容器，以進一步降低浪涌電流。當MOSFET柵極的過驅動(HGATE至OUT的電壓)超過4.2 V時，拉低/PWRGD引腳。
理想二極管和
熱插拔控制相結合
如圖1所示，在一個采用冗余電源的典型?滋TCA應用中，在背板上對輸出進行二極管“或”，這樣，不用斷開系統電源就可以取出或插入板卡。LTC4225和LTC4228都包括理想二極管和熱插拔控制器，非常適用于這類應用。這些器件在兩個電源之間提供平滑的電源切換，還提供過流保護。
主電源掉電時控制器快速響應，以斷開主電源通路中的理想二極管MOSFET，并接通冗余電源通路中的MOSFET，從而向輸出負載提供平滑的電源切換。熱插拔MOSFET保持接通，這樣這些MOSFET就不會影響電源切換。當各自的ON引腳被拉低，或/EN引腳被拉高時，控制器斷開熱插拔MOSFET。當在輸出端檢測到過流故障時，熱插拔MOSFET的柵極被快速拉低，之后輸出就穩定在電流限制值上，直至由TMR引腳電容器設定的故障過濾器延遲超時為止。熱插拔MOSFET斷開，/FAULT引腳鎖定在低電平，以指示出現了故障。通過將ON引腳拉至低于0.6 V，可以使電子電路斷路器復位。
電源優先級
在傳統的二極管“或”多電源系統中，由電壓較高的輸入電源給輸出供電，同時擋住電壓較低的電源。這種簡單的解決方案滿足了應用的需求，在這應用中，不是電壓較高的電源就有優先權。圖2顯示了一個備份電源系統，在這個系統中，無論何時，只要5 V主電源(INPUT1)可用，就由該電源給輸出供電，而12 V備份電源(INPUT2)僅當主電源無法提供時才會使用。
當INPUT1高于由ON1引腳端的R1-R2分壓器設定的4.3 V UV門限時，MH1接通，從而將INPUT1連接到輸出。當MH1接通時，/PWRGD1變低，這又將ON2拉低，并通過斷開MH2來停用IN2通路。如果主電源無法提供，且INPUT1降至低于4.3 V，則ON1斷開MH1，且/PWRGD1變高，從而允許ON2接通MH2，并將INPUT2連接到輸出。在任何情況下，理想二極管MOSFET的MD1和MD2都要防止一個輸入到另一個輸入的反向饋送。
交換電源端和負載端的二極管和熱插拔FET
LTC4225允許采用背對背MOSFET方式，將在電源端的MOSFET配置為理想二極管，在負載端的MOSFET配置為熱插拔控制器，反之亦然。在MOSFET的GATE和SOURCE引腳之間也許需要一個外部齊納二極管來箝位，用以在MOSFET的柵源電壓額定值低于20 V時防止MOSFET擊穿。無論如何，LTC4225憑借理想二極管在IN和OUT引腳之間的“或”連接，都能平滑地在電源之間切換。
雙理想二極管和
單熱插拔控制器
圖3顯示了LTC4227的應用，其中檢測電阻器放置在并聯連接的雙電源理想二極管MOSFET之后，檢測電阻器之后是單個熱插拔MOSFET。在故障超時之前，LTC4227以1x電流限制調節過載輸出，而不像LTC4225二極管“或”應用那樣是以2x電流限制。因此，過載情況下的功耗降低了。
LTC4227還具有/D2ON引腳，這使得確定IN1電源的優先級變得非常容易。例如，用一個簡單的電阻分壓器將IN1連接到/D2ON引腳，這樣IN1電源一直都是優先的，直至IN1降至低于2.8 V為止。這時，MD2接通，二極管“或”輸出從IN1端的主3.3 V電源切換到IN2端的輔助3.3 V電源。
輸入發生故障時更快地恢復輸出
在圖1所示的LTC4225 ?滋TCA應用中，如果一個輸入電源出現故障，短暫接地，而另一個電源不可用，那么HGATE就被拉低，以隨著IN電源降至低于欠壓閉鎖門限，而斷開熱插拔MOSFET。當輸入電源恢復時，允許HGATE啟動以接通MOSFET。因為給HGATE和已耗盡的輸出電容充電需要花一點時間，所以在此期間也許會出現輸出電壓欠壓的情況。
在這種情況下，LTC4228能更快地恢復以保持輸出電壓不變，所以比LTC4225有優勢。如圖4所示，檢測電阻器放置在理想二極管和熱插拔MOSFET之間，從而允許在輸入電源出現故障時，靠輸出負載電容暫時保持SENSE+引腳電壓不變。這可防止SENSE+電壓進入欠壓閉鎖狀態，并防止斷開熱插拔MOSFET。輸入電源在恢復的同時，給已耗盡的負載電容充電，并即時給下游負載供電，因為熱插拔MOSFET仍然處于接通狀態。
LTC4225、LTC4227和LTC4228通過控制外部N溝道MOSFET，為兩個電源軌實現了理想二極管和熱插拔功能。這些器件提供快速反向斷開、平滑電源切換、有源電流限制以及狀態和故障報告功能。這些器件具有嚴格的5%電路斷路器門限準確度和快速響應電流限制，可保護電源免受過流故障影響。LTC4228能從輸入電壓欠壓狀態快速恢復，因此在面臨此類事件時，可保持輸出電壓不變。