导言
即便是在刺进和拔出电路板和卡进行修理或许调整容量时，使命要害的伺服器和通讯设备也有必要可以不间断作业。热插拔操控器 IC 经过软发动电源，支撑从正在作业的体系中刺进或移除电路板，然后避免了呈现衔接火花、背板供电搅扰和电路板卡复位等问题。操控器 IC 驱动与刺进电路板之电源相串联的功率 MOSFET 开关 （图 1）。电路板刺进后，MOSFET 开关缓慢接通，这样，流入的浪涌电流对负载电容充电时可以保持在安全水平。
图1：可刺进电路板的热插拔操控器
CONNECTORS：衔接器
BACKPLANE：背板
HOT SWAP CONTROLLER：热插拔操控器
当热插拔电路呈现毛病时，薄弱环节一般在 MOSFET 开关上，因而可能会危害或损坏热插拔操控器。MOSFET 呈现毛病常见的原因是在选件时没有重视其安全作业区 （SOA）。相反，挑选 MOSFET 时首要考虑了电阻 （RDS（on）） 上漏-源极以及最大漏极电流 （ID（max））。或许，新规划根据负载电容较小的老款规划，相同的 MOSFET 可以很好的作业。大部分功率 MOSFET 针对低 RDS（on） 和快速开关进行了优化，许多电源体系规划师习气面向这些特性来挑选 MOSFET，而 MOSFET 在显着时刻于高损耗开关状况下过渡，却在电路疏忽了 SOA。在 MOSFET 制造商参数挑选表中没有 SOA，它并不能协助。即便是留意到 SOA，因为 SOA 数据通常是根据核算而不是测验数据，因而，使用的降额或余量并不显着。
MOSFET 安全作业区
SOA 是对 MOSFET 在脉冲和 DC 负载时功率处理才能的衡量。在 MOSFET 产品手册的图表中进行了论述，如图 2 的实例所示。其 x 轴是 MOSFET 漏-源极电压 （VDS），而 y 轴是漏极电流 （ID）；两个轴都使用了对数坐标。在这张图中，直线 （每一条代表不同的 tP） 表明稳定 MOSFET 功率。每条线代表了 MOSFET 在某一脉冲宽度 tP 时答应的功耗，tP 的范围在微秒至无穷大 （DC）。例如，图中显现了关于 10ms 脉冲，MOSFET 漏-源极上有 5V 电压，流过的电流为 50A，核算得到功耗是 250W。相同脉冲宽度下较低的功耗保证了安全 MOSFET 作业，图中标示为 10ms 线下面的区域，这便是 “安全作业区”。图的两头是由接通电阻、漏-源极击穿电压、和最大脉冲漏极电流决议。
图 2：PSMN3R4-30BLE N 沟道 MOSFET 的安全作业区
为什么 SOA 关于热插拔使用非常重要？
电路中选用的大部分功率 MOSFET 都可以快速接通和关断，以纳秒的时刻处于高损耗转化状况。在这类使用中，SOA 并不是首要问题。相反，SOA 关于热插拔电路是非常重要，供给了输入浪涌电流操控 （软发动）、限流和电路断路器功用。要了解这一点，请看热刺进电路板的发动波形 （图 3a）。当电路板刺进到 12V 背板电源时，热插拔操控器等候衔接器触摸反弹完结，随后软发动 MOSFET 栅极。然后，输出电压跟从并在 40ms 内到达 12V。在这一软发动期间，会有 200mA 的%&&&&&%充电电流流过 MOSFET，而其漏-源极电压从 12V （= 12VIN − 0VOUT） 简直降至 0V （= 12VIN − 12VOUT）。在负载上呈现短路时 （图 3b），操控器将 MOSFET 上的电流约束在 6A，电压为12V （= 12VIN − 0VOUT）。这一 72W 功耗状况继续 1.2ms，直至电路断路器定时器计时完毕。在发动浪涌和限流等状况中，需求热插拔 MOSFET 处理继续数百微秒至数十毫秒的明显功耗，应留意其 SOA 功用。
图 3a. 电路板热刺进到 12V 背板电源时的软发动
CONTACT BOUNCE：触摸反弹
图 3b. 输出短路期间的限流
CONTACT BOUNCE：触摸反弹
SINGLE PULSE：单脉冲
GUARANTEED：有保证的
集成 MOSFET 热插拔操控器以及有保证的 SOA
凌力尔特公司供给了集成 MOSFET 的热插拔操控器系列，规划师不需求花费时刻来搜索 MOSFET 数据资料以到达最佳适配，然后简化了热插拔规划师的作业。这一系列中的最新类型 LTC4233 和 LTC4234 （图 4） 是集成了 MOSFET 和电流检测功用的 10A 和 20A 热插拔操控器，供电范围在 2.9V 至 15V，覆盖了规范 3.3V、5V 和 12V 电源。经过集成两个最要害和最大的热插拔组件 （功率 MOSFET 和检测电阻），这些操控器有助缩短规划时刻和减小电路板面积，为终究产品增加了更有价值的特性。
图 4：LTC4234：20A 有保证的 SOA 热插拔操控器
Guaranteed SOA：有保证的SOA
HOT SWAP：热插拔
Power Good：电源杰出
Current Monitor：电流监视器
Current Limit TImer：限流定时器
Current Limit Adjustment and Temperature Monitor：限流调整和温度监视器
LTC4233 和 LTC4234 操控器特有的特性是产品手册中保证了其内部 MOSFET SOA，而这在独立 MOSFET 中是找不到的。每器材的 SOA 在 SOA 图中的单点上经过了产品出产测验。图 5 显现了 LTC4234 的 SOA 图。从输入至输出上使用 13.5V 电压，输出源出 6A 并继续 30ms，以对其 SOA 进行了测验。得出的功耗是 81W。这在 SOA 图中以红点表明。选用了相同的电压对 LTC4233 进行了测验，仅仅电流和功率折半 （即 3A 和 40.5W 并继续 30ms）。留意，LTC4233 和 LTC4234 SOA 图显现了有保证的最小 SOA，而 MOSFET 数据表显现了典型值。
图 5：LTC4234 热插拔操控器有保证的安全作业区图
SINGLE PULSE：单脉冲
GUARANTEED：有保证的
LTC4233 和 LTC4234 还输出地参阅信号，该信号与经过内部检测电阻器上的负载电流成正比。可以选用外部模数转化器 （图 4） 来丈量这一输出，向体系管理人员供给电路板电流和功耗数据。经过一个外部电阻器从其默认值减小限流值，这样，可以敏捷调整以习惯动态负载改变和各种使用。可选欠压和过压门限维护了下流负载不受超出有用窗口电压的影响，然后避免了呈现电路毛病和危害。即便在不需求热刺进的当地，操控器也可以用于完成浪涌电流操控、限流和电路断路器功用。这些操控器的典型使用包含在使命要害的服务器、网络路由器和交换机、企业固态硬盘存储和工业体系中空间受限的高密度电路板和卡等。
定论
除了热插拔操控器自身，热插拔电路还维护了电路板电源和 MOSFET 毛病不会损坏 MOSFET 下流贵重的处理电子器材。现场毛病、露出 MOSFET 缺点等可能会导致昂扬的收回，然后对名誉形成危害。因而，应保证挑选 MOSFET 可以牢靠处理热插拔使用中遇到的压力，这一点非常重要。LTC4233 和 LTC4234 集成了 MOSFET 热插拔操控器，减小了解决方案占板面积，缩短了规划时刻，对每一个操控器 SOA 进行了新产品测验，保证了完成巩固牢靠的解决方案。
