摘要
TPS2393A集成電路是一款專為-48V系統(tǒng)優(yōu)化的熱插拔控制器,。TPS2393A廣泛用于許多應用中，它擁有如下強大功能：
. 寬泛的輸入電源范圍
. 可編程電流限制
. UV/OV保護
. 插入檢測
. 電源正常指示
. 告警
TPS2393A擁有負載電流轉(zhuǎn)換速率控制功能，可對浪涌負載的電流進行管理,，并同時具備峰值電流限制功能。正常情況下,，實際額定負載電流始終小于安全余量電流限制閾值,。但是，在一些情況下,，應用需要讓更大的額定電流進入負載,。這種情況會對用于控制應用浪涌電流的FET產(chǎn)生很大的應力（例如，一個10A額定電流下要求-48V的系統(tǒng)）,。初始開啟時,，如果電流被限制為10A（最初可能為480W）,，則FET的VDS為48V。當然,，隨著VDS降低,，功率也降低。這讓這種應用的FET選擇成為一個非常大的難題,。
本文為您介紹一種解決這個問題的簡單且高效的方法,，一種擴展TPS2393A應用范圍的簡單方法。
引言
TPS2393A是一款全功能型-48V熱插拔電源管理IC,。與最流行的熱插拔控制器一樣,，TPS2393A使用一個外部N通道功率FET和一個低值電流檢測電阻器來控制負載上電，從而起到受控電流的作用,。圖1為該電路的結構圖,。參考電壓用于線性電源放大器（LCA）的非反相輸入。負載大小信息被傳輸至反相輸入,，作為檢測電阻器RSNS的壓降,。LCA對旁路FET柵極進行轉(zhuǎn)換，以將負載電流限制至參考值,。VREF參考值被控制在40mV,，如圖2所示。因此,，在導通期間,，負載中的電流被限制在
得到的值。（IMAX為最大負載電流,。）
圖1TPS2393電流控制環(huán)路
圖2斜坡發(fā)生器模塊
圖3顯示了典型熱插拔示意圖,。圖4為2A電流限制的波形
圖3典型熱插拔示意圖
圖4TPS2393波形
請注意：
VOUT實際為FET的VDRAIN。T=0時,，VDS約為48V,；FET開啟時，其接近0,。觸點顫動顯示熱插拔或者板插入事件,。這是圖VDS左側為0（電路板沒有電）的原因。插入后,，電壓擺動,，然后上升至48V。柵極開始轉(zhuǎn)換,，并讓電流進入電路板,，而在此期間，VDS隨IDS增加而下降,。
實現(xiàn)大負載熱插拔
為了避免違反大負載電流安全工作區(qū)（SOA）曲線,，必須在浪涌電流達到某個合理值時限制最大電流電平,。
例如，在開啟期間,，大容量電容的典型充電電流為2A（40mV/20mohm）,；因此，實際負載電流必須低于2A,，如圖4上方圖所示,。但在一些應用中，負載電流可以高得多,，范圍從5A到50A,，如圖4下方圖所示。當然,，這要求檢測電阻RSNS的值非常低,，以讓最大限流進入負載。然而,，在這些大電流下,，IMAX同樣非常高。很難選擇正確的電流限制FET,。例如,，正常負載電流為10A，RSNS值必須低于4mohm (40mV/10A),。IMAX還會超出10A,。
圖5不同要求的理想電流波形
假設正常負載電流為10A，并考慮到FET的熱力上升,，我們應選擇一個正確的Rdson,。例如，選擇FDB047N10：Rdson=4.7mOhm,；Rθja=62.5℃/W,；
假設環(huán)境溫度為TA=40℃，F(xiàn)ET的結溫計算如下：
在穩(wěn)定狀態(tài)下,，熱力上升沒有問題。另外,，我們有必要查看SOA圖,，以確定FET是否能夠處理在啟動時的瞬態(tài)功耗。圖5顯示了FDB047N10的典型最大SOA,。
25° C殼溫和48V輸入條件下,，10A恒定電流的運行時間應短于1mS（參見圖5中紅色虛線），但它可以支持2A恒定電流約10mS的運行時間（參見圖5中藍色虛線）,。在另一種方法中,，小電流需要更多的時間來把大容量電容器充電至輸入電壓,。因此，我們應在可靠性和充電時間上作出權衡,，以選擇一個合適的電流電平,。
另外請記住，F(xiàn)ET產(chǎn)品說明書中的SOA圖是基于25°C環(huán)境殼溫的,；而在實際電源系統(tǒng)中,，環(huán)境殼溫會更高，因此我們必須考慮降低額定溫度,。應用手冊《利用TPS2490/91的熱插拔設計與FET瞬態(tài)散熱響應》就是較好的參考文獻,。
圖6FDB047N10的SOA曲線
滿足高輸出電流熱插拔要求的一種簡單方法是把LCA電流限制閾值與過流（OC）限制閾值隔離。然而,，它們被整合在TPS2393A中,。
仔細閱讀產(chǎn)品說明書，我們可以發(fā)現(xiàn),，當滿足下列條件時電源狀態(tài)良好指示引腳（/PG）為低電平有效：
. DRAINSNS引腳電壓低于電源正常閾值（1.35V）,。
. IRAMP引腳電壓高于5V。
因此,，在LCA電流限制條件和過流狀態(tài)下,，我們可以使用/PG信號來改變旁路FET的電流電平。圖6為簡單的示意圖,。
圖7添加偏置電流來改變實際負載
由于我們知道ISENS引腳為LCA的負端（控制在40mV）,，我們便可以得到如下方程式：
Io可以簡化為：
圖6中，R1=R2=470K,，R3=680ohm,，R4=4mohm。所以,，啟動時,，實際負載電流Io≈1.3A。由圖5所示SOA曲線（參見黃色虛線）,，1.3A恒定負載電流的最大SOA時間接近100 mS,。
假設總輸出電容器CLoad=100µF，最小充電時間為：
TPS2393A還可以通過IRAMP引腳上的電容器對“浪涌轉(zhuǎn)換速率”進行編程,，因此實際充電時間會更長,。負載電容器充電時間小于最大SOA時間，所以,，F(xiàn)ET適合于電流設計,。
TPS2393A還包括一個可編程“故障計時器”，用于保護FET。由前面的分析,，我們可以把“故障時間”設置在3.7mS到100mS范圍內(nèi),。我們可利用如下方程計算該計時器電容器：
圖7顯示了啟動波形，其已在EVM板上完成測試,。
圖8 偏置電流啟動
當啟動過程完成以后,，/PG信號變低。流經(jīng)R2的偏置電流可以忽略不計,，最大負載電流會上升至
,。
由于R1直接連接至總線電壓，因此偏置電流會隨總線電壓而變化,。如果總線的電壓范圍較寬,，則我們可以添加一個外部電路，用于向R1提供一個固定參考電壓,，這樣偏置電流也將被固定,。
結論
盡管TPS2393A只有一個相對較低的電流限制閾值，但只要穩(wěn)定狀態(tài)下的負載電流高于啟動上升期間的充電電流,，它仍可適用于更多的應用,。本文介紹了一種在不同工作階段（從上升到穩(wěn)定）改變電流限制的方法。
參考文獻
1,、 TI SLUS536C《TPS2393A產(chǎn)品說明書》
2,、 《使用TPS2393的-48V ATCA模塊熱插拔》，作者：Jim Bird,，TI SLUA318
3,、 《全功能-48V熱插拔電源管理器（TPS2392和TPS2393）》，作者：Andy Ripanti,，TI
4,、 《使用TPS2490/91的熱插拔設計和FET瞬態(tài)散熱響應》，作者：Martin Patoka,，TI
5,、 《FDB047N10產(chǎn)品說明書》，飛兆半導體公司