如何控制電源dV/dt上升時(shí)間同時(shí)限制通過控制FET的功率損耗

電源上的高 dV/dt 上升時(shí)間會(huì)導(dǎo)致下游組件出現(xiàn)問題。在具有大電流輸出驅(qū)動(dòng)器的24V供電工業(yè)和汽車系統(tǒng)中尤其如此。該設(shè)計(jì)思想描述了如何控制上升時(shí)間，同時(shí)限制通過控制FET的功率損耗。

限制上升時(shí)間

對(duì)于許多系統(tǒng)而言，一個(gè)簡單的pFET電路和相關(guān)元件就足以限制電源的上升時(shí)間。但是，當(dāng)電流達(dá)到8A及以上時(shí)，R德森的pFET會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的熱量上升。具有較低 R 的 nFET德森是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

MAX16127為3mm × 3mm nFET控制器，設(shè)計(jì)用于過壓保護(hù)。它還可用于控制電源電壓的斜坡。該保護(hù)電路上的電源良好/FLAG輸出使其能夠在受控電壓為輸入電壓的90%時(shí)使能下游器件，而與輸入電壓無關(guān)。與設(shè)置固定導(dǎo)通電壓或延遲時(shí)間相比，此功能是一個(gè)很好的改進(jìn)，特別是在輸入電壓可以在很寬范圍內(nèi)變化的工業(yè)和汽車系統(tǒng)中。

圖1中的電路顯示了用于VIN的基本配置在.MAX16127的GATE引腳為電流輸出電路，來自內(nèi)部電荷泵。它將 nFET 晶體管的柵極驅(qū)動(dòng)至比 nFET 源極高約 10V 的電壓。GATE上的附加電容可用于控制nFET柵極電壓的上升時(shí)間，并且電容的值可以根據(jù)所需的壓擺率進(jìn)行調(diào)整。在本例C1中，顯示的是220nF電容。電阻R2 （1kΩ）與C1串聯(lián)。R2隔離C1，因此當(dāng)MAX16127在過壓或故障情況下關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)間很快。

當(dāng)柵極斜坡時(shí)，nFET將處于其線性區(qū)域。因此，如果所有下游電路在斜坡上升時(shí)開始工作，則可以看到大量的功耗。MAX16127的/FLAG引腳用作下游驅(qū)動(dòng)器和電源的使能引腳。圖2和圖3顯示了/FLAG使能信號(hào)如何及時(shí)移出V。在更改，始終啟用當(dāng) V供應(yīng)處于 V 的 90%在.使用/FLAG作為使能時(shí)，您只需擔(dān)心在一切正常時(shí)調(diào)整最后10%的nFET大小。

MAX16127的GATE引腳標(biāo)稱電流為180μA，使用公式計(jì)算柵極驅(qū)動(dòng)上升時(shí)間：I = C dV/dT。使用所示的220nF電容可獲得約0.82V/ms的dV/dT。圖 2 顯示 V供應(yīng)在大約40ms內(nèi)斜坡上升至30V，這接近我們的預(yù)期，因?yàn)闁艠O驅(qū)動(dòng)呈線性斜坡上升。

該電路還使用電阻R5和R6提供標(biāo)準(zhǔn)過壓保護(hù)，并使用電阻R3和R7提供欠壓鎖定。

圖1.上升時(shí)間控制電路原理圖

圖2.30V V 的波形和/FLAG行為在.

圖3.18V V 的波形和/FLAG行為在.

確定場效應(yīng)管的尺寸

在本例中，我們使用 90% /FLAG 來實(shí)現(xiàn) 10A 的下游負(fù)載。假設(shè) V 上最大為 30V在，我們需要調(diào)整 FET 的大小，以便它可以處理平均功率為 VSUPPLY在大約 4ms 內(nèi)從 27V 斜坡上升到 30V。平均功率將為 1/2 （VIN - VOUT） × I 或 1.5V × 10A = 15W，但持續(xù)時(shí)間很短。大多數(shù)功率 FET 數(shù)據(jù)手冊都有一個(gè)安全工作區(qū) （SOA） 圖，其中顯示 VDS與時(shí)間疊加的當(dāng)前相比。檢查 SOA 以調(diào)整 FET 的大小。

審核編輯：郭婷