IRDC5001 - LS48V 有源 ORing 演示板評(píng)估指南

引言

在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，冗余電源設(shè)計(jì)對(duì)于確保系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。國(guó)際整流器公司（International Rectifier）的 IRDC5001 - LS48V 有源 ORing 演示板，為載波級(jí)系統(tǒng)板提供了一種有效的冗余電源解決方案。本文將詳細(xì)介紹該演示板的評(píng)估過程，包括電路連接、性能測(cè)試以及獨(dú)特功能的驗(yàn)證。

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演示板概述

IRDC5001 - LS48V 演示板的主要目的是展示有源 ORing 功能，適用于載波級(jí)系統(tǒng)板，可將兩個(gè) - 48V（- 36V 至 - 75V 范圍）輸入進(jìn)行 OR 操作，為系統(tǒng)板提供冗余電源。同時(shí)，它還能展示 IR5001 如何為 - 48V 輸入的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)反極性保護(hù)。

電路設(shè)計(jì)

電路組成

演示板的電路原理圖如圖 2 所示，它包含兩個(gè)采用 SO8 封裝的 IR5001 有源 ORing IC，以及兩個(gè)同樣采用 SO8 封裝的 IRF7495（22mΩ、100V、N 溝道）有源 ORing FET。這些功率 MOSFET 能夠在 36V 至 75V 范圍內(nèi)處理高達(dá) 200W 的冗余功率。

MOSFET 選擇

對(duì)于低功率應(yīng)用，建議使用 Rds(on) 稍高的 MOSFET，以在檢測(cè)到反向電流后實(shí)現(xiàn)最快的響應(yīng)時(shí)間。例如，IRF7497（36mΩ、100V、N 溝道）有源 ORing FET 非常適合 60W 應(yīng)用。一般設(shè)計(jì)原則是，有源 ORing FET 在導(dǎo)通時(shí)的壓降約為 50mV。此外，冗余總線上連接了八個(gè) 3.3uF、80V 的鋁電解電容器。

評(píng)估步驟

連接電源和負(fù)載

要評(píng)估有源 ORing 演示板的操作和性能，需將兩個(gè) 48V 電源連接到輸入端子（標(biāo)記為 Input A 和 Input B），并將功率負(fù)載連接到輸出端子。功率負(fù)載可以是電子負(fù)載、電阻，也可以使用標(biāo)準(zhǔn)的 1/4 磚、1/8 磚或 IR2085S DC 總線轉(zhuǎn)換器演示板。

短路測(cè)試注意事項(xiàng)

在進(jìn)行 IR5001 的短路測(cè)試之前，務(wù)必先檢查每個(gè)電源的電流限制功能。安全的測(cè)試方法是先設(shè)置所需的電流限制，然后以非常低的輸出電壓（< 5V）進(jìn)行短路，移除短路后，將電壓提高 5 - 10V，再次進(jìn)行短路，重復(fù)這些步驟直到達(dá)到最終測(cè)試電壓。對(duì)于較舊和較大的電源，由于電流限制可能不夠快，輸出短路可能會(huì)帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需要格外小心。

波形探測(cè)

使用示波器探頭探測(cè)電路波形時(shí)，應(yīng)確保接地引腳的長(zhǎng)度最短，并直接連接到 IC / MOSFET 器件的引腳。任何標(biāo)準(zhǔn)的電流探頭和放大器都可用于測(cè)量反向電流。

功能測(cè)試

短路響應(yīng)測(cè)試

圖 3 展示了 IR5001 對(duì)一個(gè)電源模擬短路故障的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試過程。將電源 B 的輸出電壓設(shè)置為比電源 A 高約 1V，例如 (V{B}=49V)，(V{A}=48V)，這樣可以確保電源 B 為負(fù)載提供全部功率，而電源 A 處于待機(jī)狀態(tài)（輸出電流為零）。在演示板的輸出端使用一個(gè) 150W 的 IR2085S DC 總線轉(zhuǎn)換器。

當(dāng)對(duì)電源 B 的輸出端子進(jìn)行短路時(shí)，總線電壓會(huì)降至 48V 以下，此時(shí)反向電流會(huì)開始流過有源 ORing MOSFET M2。IR5001 會(huì)在約 120nS 內(nèi)檢測(cè)到反向電流并關(guān)閉 M2 MOSFET，同時(shí)僅允許 4A 的反向電流流動(dòng)。圖 4 展示了 MOSFET M2 的 Vds 波形以及冗余總線電壓（綠色軌跡）。當(dāng) MOSFET 關(guān)閉時(shí)，雜散漏電感中存儲(chǔ)的能量會(huì)在約 20nS 的雪崩模式下耗散，計(jì)算得到的雪崩能量約為 5uJ，與 IRF7495 的 180mJ 雪崩額定值相比可以忽略不計(jì)。

FET 檢查功能

IR5001 的另一個(gè)獨(dú)特功能是允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)師評(píng)估系統(tǒng)板上的電源冗余狀態(tài)，即判斷 ORing FET 是否正常工作。通過在“FET Check”引腳施加邏輯高電平，可以將 IR5001 驅(qū)動(dòng)器的輸出關(guān)閉。理想情況下，F(xiàn)ET 兩端的電壓 Vds 應(yīng)上升到 0.3V 以上。當(dāng)對(duì)初始導(dǎo)通的 MOSFET 進(jìn)行“FET check”時(shí)，IR5001 內(nèi)部的比較器會(huì)將 Vds 電壓與 0.3V 的參考電壓進(jìn)行比較。如果 Vds 電壓超過 0.3V，比較器會(huì)在“FET Short”引腳發(fā)送邏輯低電平信號(hào)，表明 FET 工作正常。

在演示板上，可以通過一個(gè)常閉開關(guān)和兩個(gè)綠色 LED 來測(cè)試此功能。按下開關(guān)，兩個(gè)有源 ORing 控制器的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)將被關(guān)閉，從而關(guān)閉 ORing FET 的通道。最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是斷開其中一個(gè)電源，例如斷開 (V{B})，將 (V{A}) 設(shè)置為 48V，然后按下開關(guān)。如果 IC A 旁邊的綠色 LED 亮起，則表示 FET A 正常；如果在 FET A 兩端施加短路時(shí) LED 不亮，則表示 FET A 短路。同樣的方法可以用于測(cè)試源 B 的 ORing FET。

FET 狀態(tài)真值表

在實(shí)際系統(tǒng)中，可能無法斷開其中一個(gè)電源。如果每個(gè)電源的電壓無法改變，則只能確定連接到較高電壓源的 FET 是否正常工作。通常，可以使用表 1 所示的真值表來根據(jù)源 A 和 B 的各種可能狀態(tài)確定各個(gè) FET 的狀態(tài)。該表不僅可以判斷 FET 是否短路，還可以判斷是否開路。

總結(jié)

IRDC5001 - LS48V 有源 ORing 演示板為電子工程師提供了一個(gè)實(shí)用的平臺(tái)，用于評(píng)估有源 ORing 功能和反極性保護(hù)。通過本文介紹的評(píng)估步驟和功能測(cè)試方法，工程師可以深入了解該演示板的性能，并將其應(yīng)用于實(shí)際的冗余電源設(shè)計(jì)中。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似的電源冗余設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。