利用TPS2393A实现大电流热插拔应用

摘要扁平型电感

TPS2393A集成电路是一款专为-48V系统优化的热插拔控制器。TPS2393A广泛用于许多应用中，它拥有如下强大功能：

. 宽泛的输入电源范围

. 可编程电流限制

. UV/OV保护

. 插入检测

. 电源一体成型电感器正常指示

. 告警

TPS2393A拥有负载电流转换速率控制功能，可对浪涌负载的电流进行管理，并同时具备峰值电流限制功能。正常情况下，实际额定负载电流始终小于安全余量电流限制阈值。但是，在一些情况下，应用需要让更大的额定电流进入负载。这种情况会对用于控制应用浪涌电流的FET产生很大的应力(例如，一个10A额定电流下要求-48V的系统)。初始开启时，如果电流被限制为10A(最初可能为480W)，则FET的VDS为48V。当然，随着VDS降低，功率也降低。这让这种应用的FET选择成为一个非常大的难题。

本文为您介绍一种解决这个问题的简单且高效的方法，一种差模电感扩展TPS2393A应用范围的简单方法。

引言

TPS2393A是一款全功能型-48V热插拔电源管理IC。与最流行的热插拔控制器一样，TPS2393A使用一个外部N通道功率FET和一个低值电流检测电阻器来控制负载上电，从而起到受控电流的作用。图1为该电路的结构图。参考电压用于线性电源放大器(LCA)的非反相输入。负载大小信息被传输至反相输入，作为检测电阻器RSNS的压降。LCA对旁路FET栅极进行转换，以将负载电流限制至参考值。VREF参考值被控制在40mV，如图2所示。因此，在导通期间，负载中的电流被限制在

得到的值。(IMAX为最大负载电流。)

图1TPS2393电流控制环路

图2斜坡发生器模块

图3显示了典型热插拔示意图。图4为2A电流限制的波形

图3典型热插拔示意图

图4TPS2393波形

请注意：

VOUT实际为FET的VDRAIN。T=0时，VDS约为48V;FET开启时，其接近0。触点颤动显示热插拔或者板插入事件。这是图VDS左侧为0(电路板没有电)的原因。插入后，电压摆动，然后上升至48V。栅极开始转换，并让电流进入电路板，而在此期间，VDS随IDS增加而下降。

实现大负载热插拔

为了避免违反大负载电流安全工作区(SOA)曲线，必须在浪涌电流达到某个合理值时限制最大电流电平。

例如，在开启期间，大容量电容的典型充电电流为2A(40mV/20mohm);因此，实际负载电流必须低于2A，如图4上方图所示。但在一些应用中，负载电流可以高得多，范围从5A到50A，如图4下方图所示。当然，这要求检测电阻RSNS的值非常低，以让最大限流进入负载。然而，在这些大电流下，IMAX同样非常高。很难选择正确的电流限制FET。例如，正常负载电流为10A，RSNS值必须低于4mohm (40mV/10A)。IMAX还会超出10A。

图5不同要求的理想电流大电流电感波形

假设正常负载电流为10A，并考虑到FET的热力上升，我们应选择一个正确的Rdson。例如，选择FDB047N10：Rdson=4.7mOhm;Rθja=62.5℃/W;

假设环境温度为TA=40℃，FET的结温计算如下：

在稳定状态下，片式电感器热力上升没有问题。另外，我们有必要查看SOA图，以确定FET是否能够处理在启动时的瞬态功耗。图5显示了FDB047N10的典型最大SOA。

25° C壳温和48V输入条件下，10A恒定电流的运行时间应短于1mS(参见图5中红色虚线)，但它可以支持2A恒定电流约10mS的运行时间(参见图5中蓝色虚线)。在另一种方法中，小电流需要更多的时间来把大容量电容器充电至输入电压。因此，我们应在可靠性和充电时间上作出权衡，以选择一个合适的电流电平。

另外请记住，FET产品说明书中的SOA图是基于25°C环境壳温的;而在实际电源系统中，环境壳温会更高，因此我们必须考虑降低额定温度。应用手册《利用TPS2490/91的热插拔设计与FET瞬态散热响应》就是较好的参考文献。