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+12V ATCA ORing二极管设计

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:713


本文将讨论选择oring二极管时的一些考虑因素。参见图1不带输入功率耦合二极管的atca板级功率转换中的oring二极管。

冗余 48 vdc输入总线由两个隔离的直流/直流转换器转换为一个 +12 vdc分布式总线。然后,此总线为负载转换器点送电,该转换器根据负载要求提供合适电压。如果这些直流/直流转换器发生故障,和故障电源串连的oring二级管必须快速阻塞或关断。快速和"软"关断保证+12 vdc分布式总线电压不会降得太低,而且不需要加大电容器组来保持总线电压。过低降压点定义为降到pol转换器开始不能稳压时的值。关断波形急剧上升会引起emi过大。任何一个上述问题都会引发系统故障。加大电容器组会增加额外的成本,而且会占据印刷电路板的空间。良好的设计应具有最小的电源保持电容。

+12v oring二极管的要求是:
i正向 max=功率max/v分布 mini
=200w/10.8v=18.5a

(假设+12vdc分布式总线的调整率为 10%)

要获得额外的设计余量,可规定oring二极管阻塞能力为20 vdc,最大载流为20a。

肖特基二极管解决方案

要获得oring功能,最简单的解决方案是使用肖特基二极管。一些供应商甚至提供了低vf或oring肖特基二极管,65pq015是其中一种。图2最大正向压降特性表明在if=20 a和tj=25 c时,vfm约为0.3v。

这个肖特基oring二极管的功耗为:

p损耗max=vfmxif=0.3vx20a=6w

但是,oring二极管应关断的漏电流情况又如何呢?如果直流/直流电源供电为13.2v,而被反向偏置oring二极管阻塞时的直流/直流电源是11.8v,则关断的oring二极管上加有2.4v的反向电压。

最精确的数据表规定,关断的oring二极管最大反向漏电流的条件是vr=5v且tj=125c。在这种情况下,最大漏电流是1.2a。

这将是在最差条件下关断肖特基二极管的功耗:

irmxvr =1.2ax2.4v=2.88w

因此,肖特基oring解决方案的总损耗是每块板:

6+2.88= 8.88w

集成oring二极管解决方案

安森美半导体的nis6111是一个混合oring二极管,参见图3 nis6111框图。该集成oring二极管在if = 20a时vf = 0.124v。它的正向导通损耗是0.124vx20a=2.48w。因为oring二极管用于门驱动,可以并联一个额外的mosfet,进一步降低vf。(并联相同的mosfet以与特性相匹配是一个好的做法。内置的mosfet是ntd110n02,)参见图4等效电路表示。

并联ntd110n02之后,导通功率损耗变为0.062vx20a=1.24w。因为这是一个集成器件,内部的模拟电路的最大偏置电流为4ma。最大的偏置功耗是4 ma xvanode=4 ma x13.2v=53mw。加到浮电荷泵器件的最大功率是36 mw。浮电荷泵采用+12 vdc总线作为输入并且将其升高10v,送到nis6111的vregin引脚,所以总导通功耗是1.33w。

集成oring二极管的反向漏电流在tj=150c和vr=24v时是10 a。那么,关断集成oring二极管的功耗是2.4v x 10 a = 24 w。对于1.33w的导通二极管,增加的功耗可以忽略。

小结

从设计便利性考虑,肖特基解决方案是更简单的解决方案。但是,考虑到16插槽的机架,oring肖特基二极管造成的总功耗将达到142w。用集成oring二极管nis6111,加上额外的mosfet,可将oring损耗减小到21.3w。集成了oring控制器和mosfet并且将其特性化,将为atca电源设计师提供了最新最简单的解决方案。


本文将讨论选择oring二极管时的一些考虑因素。参见图1不带输入功率耦合二极管的atca板级功率转换中的oring二极管。

冗余 48 vdc输入总线由两个隔离的直流/直流转换器转换为一个 +12 vdc分布式总线。然后,此总线为负载转换器点送电,该转换器根据负载要求提供合适电压。如果这些直流/直流转换器发生故障,和故障电源串连的oring二级管必须快速阻塞或关断。快速和"软"关断保证+12 vdc分布式总线电压不会降得太低,而且不需要加大电容器组来保持总线电压。过低降压点定义为降到pol转换器开始不能稳压时的值。关断波形急剧上升会引起emi过大。任何一个上述问题都会引发系统故障。加大电容器组会增加额外的成本,而且会占据印刷电路板的空间。良好的设计应具有最小的电源保持电容。

+12v oring二极管的要求是:
i正向 max=功率max/v分布 mini
=200w/10.8v=18.5a

(假设+12vdc分布式总线的调整率为 10%)

要获得额外的设计余量,可规定oring二极管阻塞能力为20 vdc,最大载流为20a。

肖特基二极管解决方案

要获得oring功能,最简单的解决方案是使用肖特基二极管。一些供应商甚至提供了低vf或oring肖特基二极管,65pq015是其中一种。图2最大正向压降特性表明在if=20 a和tj=25 c时,vfm约为0.3v。

这个肖特基oring二极管的功耗为:

p损耗max=vfmxif=0.3vx20a=6w

但是,oring二极管应关断的漏电流情况又如何呢?如果直流/直流电源供电为13.2v,而被反向偏置oring二极管阻塞时的直流/直流电源是11.8v,则关断的oring二极管上加有2.4v的反向电压。

最精确的数据表规定,关断的oring二极管最大反向漏电流的条件是vr=5v且tj=125c。在这种情况下,最大漏电流是1.2a。

这将是在最差条件下关断肖特基二极管的功耗:

irmxvr =1.2ax2.4v=2.88w

因此,肖特基oring解决方案的总损耗是每块板:

6+2.88= 8.88w

集成oring二极管解决方案

安森美半导体的nis6111是一个混合oring二极管,参见图3 nis6111框图。该集成oring二极管在if = 20a时vf = 0.124v。它的正向导通损耗是0.124vx20a=2.48w。因为oring二极管用于门驱动,可以并联一个额外的mosfet,进一步降低vf。(并联相同的mosfet以与特性相匹配是一个好的做法。内置的mosfet是ntd110n02,)参见图4等效电路表示。

并联ntd110n02之后,导通功率损耗变为0.062vx20a=1.24w。因为这是一个集成器件,内部的模拟电路的最大偏置电流为4ma。最大的偏置功耗是4 ma xvanode=4 ma x13.2v=53mw。加到浮电荷泵器件的最大功率是36 mw。浮电荷泵采用+12 vdc总线作为输入并且将其升高10v,送到nis6111的vregin引脚,所以总导通功耗是1.33w。

集成oring二极管的反向漏电流在tj=150c和vr=24v时是10 a。那么,关断集成oring二极管的功耗是2.4v x 10 a = 24 w。对于1.33w的导通二极管,增加的功耗可以忽略。

小结

从设计便利性考虑,肖特基解决方案是更简单的解决方案。但是,考虑到16插槽的机架,oring肖特基二极管造成的总功耗将达到142w。用集成oring二极管nis6111,加上额外的mosfet,可将oring损耗减小到21.3w。集成了oring控制器和mosfet并且将其特性化,将为atca电源设计师提供了最新最简单的解决方案。

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