理想二极管和热插拔控制器实现电源冗余并隔离故障

用肖特基二极管实现多电源系统有多种方式。例如，µTCA 网络及存储服务器等高可用性电子系统都在其冗余电源系统中采用了肖特基二极管"或"电路。二极管"或"电路还用于采用备用电源的系统，例如 AC 交流适配器和备份电池馈送。问题是，肖特基二极管由于正向压降而消耗功率，所产生的热量必须用 PCB 上专门的铜箔区散出，或者通过由螺栓固定到二极管上的散热器散出，这两种散热方式都需要占用很大的空间。

凌力尔特公司的一个产品系列用外部 N 沟道 MOSFET 作为传递组件，最大限度地降低了功耗，从而在这些 MOSFET 接通时，最大限度地减小了从电源到负载的压降，这个产品系列包括 LTC4225、LTC4227 和 LTC4228。当输入电源电压降至低于输出共模电源电压时，关断适当的 MOSFET，从而使功能和性能上与理想二极管匹配。

如图 1 所示，通过增加一个电流检测电阻器，并配置两个具备单独栅极控制的背对背 MOSFET，LTC4225 凭借浪涌电流限制和过流保护提高了理想二极管的性能。这就允许电路板安全地插入或从带电背板拔出，而不会损坏连接器。LTC4227 可以这样使用：在并联连接的理想二极管 MOSFET 之后，增加电流检测电阻器和热插拔 (Hot Swap) MOSFET，以节省一个 MOSFET。通过在理想二极管和热插拔 MOSFET 之间配置检测电阻器，LTC4228 比 LTC4225 有了改进，LTC4228 能更快地从输入电压欠压中恢复，以保持输出电压不变。

图 1：采用检测电阻器和外部 N 沟道 MOSFET 的 LTC4225、LTC4227 和 LTC4228 的不同配置

* ADDITIONAL DETAILS OMITTED FOR CLARITY：* 为清晰起见，略去了一些细节

LTC4225-1、LTC4227-1 和 LTC4228-1 具备锁断电路断路器，而 LTC4225-2、LTC4227-2 和 LTC4228-2 提供故障后自动重试功能。LTC4225、LTC4227 和 LTC4228 的两种版本均分别采用 24 引脚、20 引脚和 28 引脚 4mm x 5mm QFN 以及 SSOP 封装。

理想二极管控制

LTC4225 和 LTC4228 用一个内部栅极驱动放大器监视 IN 和 OUT 引脚 (就 LTC4227 而言是 IN 和 SENSE+ 引脚) 之间的电压，起到了理想二极管的作用，该放大器驱动 DGATE 引脚。当这个放大器检测到大的正向压降 (图 2) 时，就快速拉高 DGATE 引脚，以接通 MOSFET，实现理想二极管控制。

图 2：当 IN 电源接通时，拉高理想二极管控制器 CPO 和 DGATE 引脚

CPO 和 IN 引脚之间连接的外部电容器提供理想二极管 MOSFET 快速接通所需的电荷。在器件加电时，内部充电泵给这个电容器充电。DGATE 引脚提供来自 CPO 引脚的电流，并将电流吸收到 IN 和 GND 引脚中。栅极驱动放大器控制 DGATE 引脚，以跟随检测电阻器和两个外部 N 沟道 MOSFET 上的正向压降，直至 25mV。

如果负载电流引起超过 25mV 的压降，那么栅极电压就上升，以加强用于实现理想二极管控制的 MOSFET。在 MOSFET 导通时，如果输入电源短路，那么会有很大的反向电流开始从负载流向输入。故障一出现，栅极驱动放大器就会检测到故障情况，并拉低 DGATE， 以断开理想二极管 MOSFET。

热插拔控制

拉高 ON 引脚并拉低 /EN 引脚，就启动了一个 100ms 的防反跳定时周期。在这个定时周期结束之后，来自充电泵的 10µA 电流使 HGATE 引脚斜坡上升。当热插拔 MOSFET 接通时，浪涌电流被限制到由外部检测电阻器设定的值上，就 LTC4225 而言，该电阻器连接在 IN 和 SENSE 引脚之间 (就 LTC4227 和 LTC4228 而言，是 SENSE+ 和 SENSE━ 引脚)。有源电流限制放大器伺服 MOSFET 的栅极，这样电流检测放大器上就会出现 65mV 的电压。如果检测电压高于 50mV 的时间超过了在 TMR 引脚端配置的故障过滤器延迟时间，那么电路断路器就断开，并拉低 HGATE。如果需要，可以在 HGATE 和 GND 之间增加一个电容器，以进一步降低浪涌电流。当 MOSFET 栅极的过驱动 (HGATE 至 OUT 的电压) 超过 4.2V 时，拉低 /PWRGD 引脚 (图 3)。

图 3：当 ON 引脚切换到高电平时，在 100ms 延迟之后，热插拔控制器 HGATE 启动，PWRGD 被拉低

理想二极管和热插拔控制相结合

在一个采用冗余电源的典型 µTCA 应用中 (图 4 和 9)，在背板上对输出进行二极管"或"，以不用断开系统电源，就可以取出或插入板卡。LTC4225 和 LTC4228 都包括理想二极管和热插拔控制器，非常适用于这类应用，这些器件在两个电源之间提供平滑的电源切换，还提供过流保护。

图 4：在 µTCA 应用中，LTC4225 为两个µTCA 插槽提供 12V 电源

PLUG-IN CARD-1：插入式板卡 1
BULK SUPPLY BYPASS CAPACITOR：降压模式电源旁路电容器
BACKPLANE：背板