深入解析TPS23523：-48V熱插拔與單ORing控制器的卓越性能

在現(xiàn)代電信系統(tǒng)中，對(duì)于高功率設(shè)備的熱插拔和電源管理有著嚴(yán)格的要求。德州儀器（TI）的TPS23523集成熱插拔和單ORing控制器，就是為滿(mǎn)足這些嚴(yán)苛需求而設(shè)計(jì)的。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：tps23523.pdf

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

寬電壓范圍與高耐壓

TPS23523支持 -10V 至 -80V 的直流工作電壓，絕對(duì)最大耐壓達(dá)到 -200V，這使得它在面對(duì)如雷擊浪涌等極端情況時(shí)，能夠輕松應(yīng)對(duì)。例如，在 IEC61000 - 4 - 5 雷擊浪涌測(cè)試中，其高耐壓特性可以有效保護(hù)系統(tǒng)，降低設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

軟啟動(dòng)電容斷開(kāi)功能

軟啟動(dòng)電容斷開(kāi)功能允許使用更小的熱插拔 FET，同時(shí)限制浪涌電流，又不影響瞬態(tài)響應(yīng)。在啟動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)電容發(fā)揮作用，而在正常運(yùn)行時(shí)，電容斷開(kāi)，從而優(yōu)化了系統(tǒng)的性能。

雙熱插拔柵極驅(qū)動(dòng)

具備雙熱插拔柵極驅(qū)動(dòng)，400μA 的柵極驅(qū)動(dòng)電流能夠?qū)崿F(xiàn)快速恢復(fù)。在雷擊浪涌測(cè)試中，這種快速恢復(fù)能力有助于避免系統(tǒng)復(fù)位，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

雙電流限制

基于 (V{DS}) 的雙電流限制是該產(chǎn)品的一大特色。當(dāng) (V{DS}) 較低時(shí)，電流限制為 25mV ± 4%；當(dāng) (V_{DS}) 較高時(shí)，電流限制為 3mV ± 25%。這種設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品在不同的工作條件下都能提供有效的電流保護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

可編程保護(hù)功能

具備可編程的欠壓（±1.5%）和過(guò)壓（±2%）保護(hù)，以及可編程的滯后（±11%）。用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)置保護(hù)閾值，為系統(tǒng)提供精準(zhǔn)的保護(hù)。

集成 ORing 控制器

集成的 ORing 控制器可以調(diào)節(jié)正向壓降至 25mV ± 15mV，并且在檢測(cè)到反向電流時(shí)能夠快速關(guān)斷（-6mV ± 4mV）。這對(duì)于 -48V 系統(tǒng)的反向連接保護(hù)和反向電流保護(hù)至關(guān)重要，能夠有效避免系統(tǒng)復(fù)位。

重試功能

在超時(shí)后具備重試功能，提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)嘗試恢復(fù)，減少人工干預(yù)的需求。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TPS23523適用于多種電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)電單元、基帶單元、路由器和交換機(jī)、小基站以及 -48V 電信基礎(chǔ)設(shè)施等。在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，它能夠有效管理浪涌電流，保護(hù)下游電路和上游總線(xiàn)，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

詳細(xì)功能剖析

電流限制

采用雙電流限制閾值 (CL1) 和 (CL2)。(CL1) 用于熱插拔 FET 的 (V{DS}) 較低時(shí)，(CL2) 用于 (V{DS}) 較高時(shí)。這種雙級(jí)保護(hù)方案能夠更好地應(yīng)對(duì)電壓階躍和其他瞬態(tài)情況，同時(shí)在啟動(dòng)短路和熱短路事件中保護(hù) MOSFET。通過(guò)連接從熱插拔 FET 的漏極到 TPS23523 的 D 引腳的電阻，可以編程設(shè)置切換閾值。

軟啟動(dòng)斷開(kāi)

通過(guò)在 SS 引腳和熱插拔 MOSFET 的漏極之間放置電容，可以限制流入輸出電容的浪涌電流。同時(shí)，TPS23523 在柵極引腳和 SS 引腳之間設(shè)置了斷開(kāi)開(kāi)關(guān)和放電電阻，避免了在正常運(yùn)行時(shí)軟啟動(dòng)電容對(duì)系統(tǒng)性能的干擾。

定時(shí)器

定時(shí)器是熱插拔功能的關(guān)鍵部分，它可以管理 MOSFET 的應(yīng)力水平。在不同的工作條件下，定時(shí)器會(huì)對(duì)定時(shí)器電容進(jìn)行充電和放電操作。當(dāng)定時(shí)器達(dá)到特定電壓時(shí)，熱插拔會(huì)超時(shí)并關(guān)閉。超時(shí)后會(huì)有一個(gè)冷卻期，之后系統(tǒng)會(huì)嘗試重新啟動(dòng)。

第二柵極驅(qū)動(dòng)（GATE2）

TPS23523 具有第二個(gè)熱插拔柵極驅(qū)動(dòng)，可用于需要多個(gè)熱插拔 MOSFET 的應(yīng)用中，節(jié)省了 BOM 成本和尺寸。第二個(gè) MOSFET 只有在主 FET 導(dǎo)通后才會(huì)開(kāi)啟，從而降低了其對(duì)安全工作區(qū)（SOA）的要求。

ORing 功能

集成的 ORing 功能通過(guò)控制外部 MOSFET 來(lái)模擬理想二極管。它可以將 ORing FET 上的正向壓降調(diào)節(jié)到 25mV，同時(shí)配備快速比較器，在檢測(cè)到顯著反向電流時(shí)能夠快速關(guān)斷 FET。

應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)要求考慮

在設(shè)計(jì) -48V 熱插拔電路時(shí)，需要考慮啟動(dòng)、熱短路、啟動(dòng)短路、輸入雷擊浪涌等關(guān)鍵場(chǎng)景。這些場(chǎng)景會(huì)對(duì)熱插拔 MOSFET 造成很大的壓力，因此需要確保 MOSFET 在各種條件下都能處于安全工作區(qū)（SOA）內(nèi)。

詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟

1. 選擇 (R_{SNS})： 根據(jù)最大負(fù)載電流和目標(biāo)電流限制，計(jì)算并選擇合適的 (R_{SNS}) 值。
2. 選擇軟啟動(dòng)設(shè)置： 計(jì)算最小浪涌電流和目標(biāo) (C{SS}) 值，選擇合適的電容，并添加 (C{SS, VEE}) 電容以提高抗干擾能力。
3. 選擇 (V_{DS}) 切換閾值： 根據(jù)實(shí)際需求，通過(guò) (R{D}) 編程設(shè)置 (V{DS}) 閾值。
4. 定時(shí)器選擇： 根據(jù)需要的超時(shí)時(shí)間，選擇合適的 (C_{TMR}) 電容。
5. MOSFET 選擇和 SOA 檢查： 選擇具有合適 (V{DS}) 額定值、(R{DSON}) 和 SOA 的 MOSFET，并進(jìn)行 SOA 檢查，確保其能夠承受關(guān)鍵應(yīng)力場(chǎng)景。
6. 輸入電容、輸入 TVS 和 ORing FET 選擇： 根據(jù)應(yīng)用需求，選擇合適的輸入電容、TVS 和 ORing FET，以應(yīng)對(duì)雷擊浪涌和反向連接保護(hù)。
7. EMI 濾波器考慮： 在 EMI 濾波器后添加自由輪二極管和緩沖器，以處理熱短路時(shí)電感中的電流。
8. 欠壓和過(guò)壓設(shè)置： 編程設(shè)置欠壓和過(guò)壓保護(hù)的閾值和滯后，添加濾波電容以提高抗干擾能力。
9. 選擇 (R{VCC}) 和 (C{VCC})： 確保 (C{VCC}) 滿(mǎn)足穩(wěn)定性和上電時(shí)間要求，選擇合適的 (R{VCC}) 以提供足夠的電流。
10. 電源良好接口： 通過(guò) PGb 引腳控制下游 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，確保在熱插拔充電時(shí)下游設(shè)備關(guān)閉。

布局與電源建議

布局指南

在布局 TPS23523 電路時(shí)，需要注意 VEE 和 SNS 引腳的 Kelvin 感測(cè)連接，確保 VEE 走線(xiàn)粗短以減少 IR 壓降和電流感測(cè)誤差。同時(shí)，將濾波電容靠近 IC 放置，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

電源建議

為了確保 TPS23523 在非理想 -48V 總線(xiàn)上的穩(wěn)定運(yùn)行，建議進(jìn)行各種瞬態(tài)測(cè)試，增加 (C{SS, VEE}) 與 (C{ss}) 的比例以減少啟動(dòng)時(shí)的輸入電流紋波。對(duì)于大輸入電感的情況，添加電容和輸入緩沖器以穩(wěn)定電流限制環(huán)路。

總結(jié)

TPS23523 作為一款集成熱插拔和單 ORing 控制器，憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為高功率電信系統(tǒng)提供了可靠的解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要充分考慮各種因素，合理選擇元件，優(yōu)化布局和電源設(shè)置，以確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。你在使用 TPS23523 或類(lèi)似產(chǎn)品時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。