電源優(yōu)先級 - 理想二極管和熱插拔控制器實現(xiàn)電源冗余并隔離故障

　　電源優(yōu)先級

　　在傳統(tǒng)的二極管“或”多電源系統(tǒng)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，電源的優(yōu)先權不僅是電壓較高的電源就優(yōu)先的問題。圖 5 顯示了一個備份電源系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，無論何時，只要 5V 主電源 （INPUT1） 可用，就由該電源給輸出供電，而 12V 備份電源 （INPUT2） 僅當主電源無法提供時才會使用。

　　只要 INPUT1 高于由 ON1 引腳端的 R1-R2 分壓器設定的 4.3V UV 門限，MH1 就接通，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 4.3V，那么 ON1 就斷開 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 MD1 和 MD2 都要防止一個輸入到另一個輸入的反向饋送。

　　圖 5：用 LTC4225 實現(xiàn)以 IN1 作為優(yōu)先輸入的雙通道電源優(yōu)先級區(qū)分器

　　PRIMARY SUPPLY：主電源

　　BACKUP SUPPLY：備份電源

　　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 的應用將在電源端的 MOSFET 配置為理想二極管，在負載端的 MOSFET 配置為熱插拔控制器 （圖 4），反之亦然 （圖 6）。圖 6 中，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，以在 MOSFET 的柵源電壓額定值低于 20V 時防止 MOSFET 擊穿。無論是按照那安排，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。

　　圖 6：用 LTC4225 實現(xiàn)在電源端具備熱插拔 MOSFET、在負載端具備理想二極管 MOSFET 的應用

　　BULK SUPPLY BYPASS CAPACITOR：降壓模式電源旁路電容器

　　PLUG-IN CARD 1：插入式板卡 1

　　BACKPLANE：背板

　　雙理想二極管和單熱插拔控制器

　　圖 7 顯示了 LTC4227 的應用，其中檢測電阻器放置在并聯(lián)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。圖中，在故障超時之前，LTC4227 以 1x 電流限制調節(jié)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，在過載情況下，功耗降低了。

　　圖 7：用 LTC4227 實現(xiàn)具備熱插拔控制和存在板卡的二極管“或”應用

　　BACKPLANE CONNECTOR：背板連接器

　　CARD CONNECTOR：板卡連接器

　　LTC4227 還具有 /D2ON 引腳，這允許非常容易地確定 IN1 電源的優(yōu)先級。例如，圖 8 顯示了一個簡單的電阻分壓器，該分壓器將 IN1 連接到 /D2ON 引腳，這樣 IN1 電源一直都是優(yōu)先的，直至 IN1 降至低于 2.8V 為止，這時，MD2 接通，二極管“或”輸出從 IN1 端的主 3.3V 電源切換到 IN2 端的輔助 3.3V 電源。

　　圖 8：通過 LTC4227 的 D2ON，插入式板卡的 IN1 電源控制 IN2 電源的接通

　　BACKPLANE CONNECTOR：背板連接器

　　CARD CONNECTOR：板卡連接器

　　在輸入發(fā)生故障時，更快地恢復輸出

　　在圖 4 所示的 LTC4225 μTCA 應用中，如果一個輸入電源出現(xiàn)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(xiàn)輸出電壓欠壓情況。

　　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(yōu)勢。如圖 9 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(xiàn)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(tài)，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(tài)。

　　圖 9：用 LTC4228 實現(xiàn)為兩個μTCA 插槽提供 12V 電源的μTCA 應用

　　BULK SUPPLY BYPASS CAPACITOR：降壓模式電源旁路電容器

　　PLUG-IN CARD 1：插入式板卡 1

　　BACKPLANE：背板

　　結論

　　LTC4225、LTC4227 和 LTC4228 通過控制外部 N 溝道 MOSFET，為兩個電源軌實現(xiàn)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(tài)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(tài)快速恢復，因此在面臨此類事件時，可保持輸出電壓不變。