能够产生200A、75V瞬变的SPST双极性电源开关

通用电源或电源IC的测量存在一个普遍问题，即对开关能力的要求，要求开关能够产生瞬变，处理必要的大电流和脉冲电压。这样的开关必需能够连接各种拓扑结构的电路，具体取决于被测电源的类型及其应用。

有些情况下，可以采用商业化的测试负载或开发一套测试流程。如果开关的一侧连接在电源的公共端，测试过程将相对简单。否则，就必须设计开关驱动器，使设计变得复杂。一个足够灵活、能够支持电源瞬态故障测试的开关将是一个非常有用的测试工具。综上所述，可以归纳出对这种开关的要求，包括最大额定电压和额定电流，用来测试目前市场上多数中等功率的电源。

这种开关应该能够处理100A的电流，承受至少75V的开路电压。开关需要在两个方向满足电流、电压的要求，因为一些测试会产生电流振铃，有些电源电路需要双极性输出。开关的通、断速度应该保持在几十纳秒以内，以便观察电路的瞬态响应。开关的串联电阻必须足够低，串联电感也必须非常低，这意味着需要采用紧凑的物理结构和非常短的电流路径。此外，还要求开关提供电气隔离，具有非常低的输出对地电容。总之，对于开关的基本要求是当开关连接到电路时不影响电路的性能和响应。

图1所示开关设计满足上述多项指标的要求，它通过一个数字隔离耦合器实现，该耦合器的端到端电容小于1pf。总传输延时为80ns，输出上升时间接近40ns。输出级由两个低RDSON的MOSFET构成，能够处理双极性200A、75V的电源瞬变。

开关元件(两个反向连接的输出MOSFET)具有7m?导通电阻和25nH导通电感。导通状态下，对于双向电流 (包括零点)表现为线性电阻，类似于导线连接，不会引入谐波失真。

对于吸收电流大于50A的小阻值负载，开关上升时间(定义为瞬间导通)由导通电感决定。电流较低时，上升时间小于40ns，下降时间(瞬间关断)主要由负载阻抗决定。

电路隔离侧(开关)的电源由一组3节3V锂离子原电池串联而成 (CR2025锂锰电池)。对于几kHz的开关频率，标称值为170mAh的这种电池能够连续使用一个多月。对于常见的测试平台，电池的使用寿命大概为3个月。

输入为0V至5V的数字信号，只要求上升沿和下降沿时间小于20ns，最小脉宽为50ns(通或断)。传导电流小于18A时，开关处于不确定的通或断状态。

　　图1a

　　图1b

　　图1 该电路利用5V逻辑信号控制功率开关Q1-Q2，能够处理200A、75V的脉冲信号

图1(a)中，IC1和IC2构成边沿检测电路，在T1原边的一端施加窄脉冲，极性取决于输入沿，另一侧保持低电平。T1副边连接了一个同相逻辑缓冲器(输入到输出)，由IC3双通道低边功率MOSFET驱动器中的一个通道构成。这个缓冲器如同一个双稳态电路(即触发器)，当T1原边作用正脉冲时置位，作用负脉冲时复位。双稳态电路输出相当于电路输入(作用在边沿检测电路的数字输入)的拷贝。

IC3的另一半和IC4的两路驱动器并联，其输入连接至双稳态输出，利用并联输出驱动两个反向连接的低RDSON MOSFET(IRFB3077)的栅极，两个MOSFET的漏极接外部电源，两个栅极和两个源极分别接在一起。三个驱动器并联后可有效提高功率MOSFET的开关速度，因为每个驱动器可提供4A的峰值电流，并联后总电流可以达到12A，MOSFET源极接电池负极。

MAX5048的输入逻辑简化了边沿检测电路的设计，MAX5054的低静态电流有助于延长电池的使用寿命。因此，本设计中使用了类似但不相同的IC，分别用于低边(控制和隔离，IC1、IC2)和高边 (功率驱动，IC3、IC4)驱动。

图1b给出了电源开关的等效电路，包括主要的寄生元件。对于整个供电电路，开关能够承受的连续功率取决于散热器。散热器会显著增大寄生输出电容，本设计中没有包括散热器。处理200A脉冲电流时需要一些补充条件，必须将脉冲宽度限制在8ms以内，开关占空比限制在0.5%以内。对于80A的瞬态信号，脉冲时间不受限制，持续时间较长(达到50ms)，但占空比不得超过3%。

室温下切换一个未经箝位的电感时，电路能够吸收的能量是280mJ(单个脉冲，不重复出现)或200mJ(最大占空比为1%的脉冲)。耦合变压器设计要求小尺寸、低绕线电容：原边一匝、副边两匝，绕制在Fair-Rite 7.5x7.5m的铁氧体磁珠。变压器结构决定了开关负载和开关控制电路两侧的最大压差。使用普通的漆包线绝缘架构时，可以提供1kV隔离，如果使用聚四氟乙烯或质量更好的绝缘材料，则可提供1kV以上的隔离。对于要求更高隔离电压的设计，还需考虑封装。

T1的铁氧体磁芯为导体，不能在同一时刻连接到开关两侧，开关内部没有闭锁保护，操作之前必须检验锂电池的状态。上电后没有电路能够保证开关处于确定