完整的分立负载开关及热插拨设计7个步骤

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完整的分立负载开关及热插拨设计7个步骤

完整的分立负载开关及热插拨外围电路，如图1所示，包括如下元件：

（1）G极电阻总和RG及其并联快关断二极管D1

（2）功率MOSFET的G、S外加电容CGS1

（3）G、D外加电容CGD1和电阻RGD

RG为G极电阻总和，包括功率MOSFET内部电阻，驱动芯片上拉电阻，外加串联电阻RG1。

图1：负载开关和热插拨完整外围电路

其中，D1、CGD1和RGD为可选元件，根据电路设计要求决定是否需要外加。

分立负载开关和热插拨的外围电路设计步骤如下：

1、初步选取功率MOSFET

初步选取功率MOSFET的参数包括电压、导通电阻和封装：

（1）根据输入电压选取功率MOSFET的耐压

（2）根据系统设计的要求选取相应的封装

（3）根据稳定工作的损耗限制，选取功率MOSFET的导通电阻

（4）根据功率MOSFET在线性区工作的时间和最大电流，选取安全工作区SOA满足要求的功率MOSFET

2、选取外加电容CGD1

根据输出电压上电时间控制精度的要求，确定是否需要外加电容CGD1。如果需要外加电容CGD1，设定外加电容CGD1的值：

CGD1>10Crss

由此选取相应的标准电容值。

3、选取G极外加的电阻RG1

米勒平台区这个阶段的时间也就是dV/dt的时间，栅极电压恒定，流过栅极电阻RG的电流等于流过电容CGD1的电流。根据系统要求的输出电压的上电时间Ton、输出电压Vo、CGD1、VCC和VGP已知，由下面公式计算G极串联总电阻RG：

其中，dVDS/dt=Vo/Ton

图2：热插拨起动波形

例如：通信系统-48V的热插拨，要求软起动的时间为15mS，那么：

dVDS/dt=Vo/dt=48V/15mS=3.2V/mS

如果没有外加电容CGD1，公式中的CGD1就使用Crss代替，Crss随电压变化，因此最好使用QGD来计算。由RG可以得到G极额外串联的电阻RG1的值，选取相应的标准电阻值。

4、选取外加电容CGS1

根据系统浪涌电流和di/dt的要求，使用上面公式就可以求出外加的电容CGS1，由此选取相应的标准电容值。不同的CGS1值可以改变过冲的峰值浪涌电流的大小。

5、选取是外加RGD的阻值

根据测试的实际情况，确定电路是否有振荡或功率MOSFET是否有误导通。如果有振荡或误导通，就需要外加RGD。CGD1串联电阻RGD通常选取较小的值，RG>>RGD，阻值取值范围：RGD=1-50mOhm。

功率MOSFET的跨导大，开通过程中，VGS较小的变化都会导致ID急剧的变化，进而导致VDS急剧的变化，瞬态过程中栅极电压容易产生振荡。串联电阻RGD可以抑制回路的瞬态高频电流，形成阻尼振荡从而抑止栅极的高频振荡，减小振荡的幅度。

关断过程中，高的dVDS/dt通过CGD1耦合到栅极形成瞬态的尖峰电压，如果此尖峰电压大于功率MOSFET的阈值电压，会误导通功率MOSFET，串联电阻RGD可以减小功率MOSFET的误导通。

6、选取G极的快关断二极管

根据系统要求，如果需要功率MOSFET快速关断，可以在G极外加电阻的两端关联二极管D1；如果功率MOSFET不需要快速关断，可以不加这个二极管。

7、校核和测量电路

根据所选取的标称元件值，调试电路，校核所有参数是否满足系统要求，同时校核功率MOSFET安全工作区SOA的裕量，保证系统的安全。如果不满足，就要对参数进行调整，然后重复上述步骤2-步骤7。

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