Agora, a maioria dos sistemas eletrônicos precisa oferecer suporte à função de troca a quente, a chamada troca a quente, ou seja, quando o sistema está funcionando normalmente, uma unidade do sistema é conectada e desconectada à energia e não tem nenhum impacto no sistema.
Existem dois efeitos principais do hot plug no sistema: Primeiro, durante o hot plug, os contatos mecânicos do conector retornam no momento do contato, causando oscilação da fonte de alimentação, conforme mostrado na figura a seguir:
Esse processo de oscilação fará com que a fonte de alimentação do sistema caia , Causar um erro de bit ou uma reinicialização do sistema também pode causar um incêndio no conector.
A solução é atrasar o tempo de inicialização do conector.Não ligue o conector em dezenas de milissegundos de instabilidade do conector ((t1 a t2), aguarde a estabilidade da inserção (após t2) e, em seguida, ligue-o, ou seja, atraso anti-instabilidade .
Segundo, durante a troca a quente, devido ao efeito de carregamento do capacitor de armazenamento de energia de grande capacidade do sistema, uma grande corrente de irrupção aparecerá no sistema.Todos sabem que, quando o capacitor está carregando, a corrente diminui exponencialmente (canto inferior esquerdo), então No início do carregamento, a corrente de irrupção é muito grande.
Essa corrente de sobretensão pode queimar o fusível da fonte de alimentação do dispositivo, portanto, a corrente de sobretensão deve ser controlada durante a troca a quente para que ela mude de acordo com a tendência ideal, conforme mostrado na figura superior direita. 0 ~ t1 na figura é o tempo de início lento da fonte de alimentação.
Em resumo, a principal função do circuito de partida lenta é realizar duas funções:
1) Atraso de anti-instabilidade na inicialização;
2) Controlar a inclinação crescente e a amplitude da corrente de entrada.
Existem dois tipos de circuitos de partida lenta: tipo de inclinação de tensão e tipo de inclinação de corrente.
O circuito de partida lenta do tipo declive de tensão tem uma estrutura simples, mas a mudança de sua corrente de saída é muito afetada pela impedância da carga, enquanto a mudança da corrente de saída do circuito de início lento do tipo declive de corrente não é afetada pela carga, mas a estrutura do circuito é complicada.
A seguir, o foco é no circuito de partida lenta do tipo tensão.
O tubo MOS é geralmente usado no projeto para projetar o circuito de partida lenta. O tubo MOS tem as características de Rds de baixa resistência e condução simples, e um pequeno número de componentes pode ser adicionado para formar um circuito de partida lenta. Normalmente, o PMOS é usado para fontes de alimentação positivas e o NMOS é usado para fontes de alimentação negativas.
A figura abaixo é um circuito de partida lenta da fonte de alimentação de -48V, construído com o NMOS.Vamos analisar o princípio de funcionamento do circuito de partida lenta.
1). D1 é um diodo de aperto para evitar que a tensão de entrada seja muito grande para danificar o circuito subsequente;
2) O papel de R2 e C1 é realizar a função de atraso anti-tremulação.Em aplicações práticas, R2 geralmente escolhe 20K ohms e C1 escolhe cerca de 4,7uF ;
3). O papel de R1 é fornecer um canal de descarga rápido para C1, o que exige que o valor da divisão de tensão de R1 seja maior que o valor de regulação de tensão de D3. Em aplicações práticas, R1 é geralmente selecionado para ser em torno de 10K;
4) . R3 e C2 são usados para controlar a inicialização A inclinação crescente da corrente. Em aplicações práticas, R3 é geralmente de cerca de 200K ohms, C2 é de 10 nF ~ 100nF;
5) O papel de R4 e R5 é impedir a auto-oscilação do tubo MOS, que requer R4, R5lt; <R3, R4 O valor é geralmente entre 10-50 ohms, R5 é geralmente 2K ohms.
6) O papel do diodo de aperto D3 é proteger a fonte de porta do transistor MOS Q1 da quebra de alta tensão; o papel de D2 é conduzir Após a conexão, o circuito de atraso anti-instabilidade composto por R2 e C1 e o circuito de controle de inclinação de ativação composto por R3 e C2 são isolados para impedir que o processo de carregamento da porta do MOS seja afetado por C1.
Vamos analisar o princípio do início lento deste circuito:
suponha que a capacitância parasita entre a porta e a fonte do transistor MOS Q1 seja Cgs, a capacitância parasita entre a porta e o dreno seja Cgd, e a capacitância parasitária entre a fonte e a drenagem seja Cds, a porta -O capacitor C2 (C2gt;> Cgd) é conectado em paralelo à parte externa do dreno, portanto a capacitância total de dreno de porta C'gd = C2 + Cgd. Como a capacitância de Cgd é quase desprezível em relação a C2, C'gd ≈C2, a tensão de ativação do gate do tubo MOS é Vth. Durante a operação normal, a tensão de fonte do gate do tubo MOS é Vw (essa tensão é igual à tensão de aperto do regulador de tensão D3), e a constante de tempo de carregamento do capacitor C1 é t = (R1 // R2 // R3) C1.Como R3 é geralmente muito maior que R1 e R2, t≈ (R1 // R2) C1.
A seguir, analisa-se o princípio de funcionamento do circuito de partida lenta da tensão acima em três estágios: O
primeiro estágio: -48V de potência é usada para carregar C1, e a fórmula de carregamento é a seguinte.
Uc = 48 R1 / (R1 + R2) [1-exp (-T / t)], onde T é o tempo em que a tensão do capacitor C1 sobe para Uc e a constante de tempo t = (R1 // R2) C1. Portanto, o tempo necessário para ligar o tubo MOS é: Tth = -t ln [1- (Uc * (R1 + R2) / (48 R1))]
Segundo estágio: depois que o tubo MOS é ligado, a corrente de drenagem Começa a aumentar e sua taxa de alteração é proporcional à taxa de alteração da transcondutância do tubo MOS e da tensão da porta-fonte.A relação específica é: dIdrain / dt = gfm dVgs / dt, em que gfm é a transcondutância do tubo MOS, que é um valor fixo, Idrain Para a corrente de dreno, Vgs é a tensão da fonte do gate do tubo MOS. Durante esse período, a tensão da fonte do gate controla constantemente a corrente da fonte do dreno.O tubo do MOS é resumido como um dispositivo controlado por tensão.
Terceiro estágio: quando a corrente da fonte de drenagem Idrain atinge a corrente de carga máxima, a tensão da fonte de drenagem também atinge a saturação e, ao mesmo tempo, a tensão da fonte de entrada entra no período do platô e a amplitude da tensão é definida em Vplt. Como os IDs da corrente da fonte de drenagem permanecem constantes durante esse período, a tensão da fonte da porta Vplt = Vth + (Ids / gfm) e, ao mesmo tempo, porque a tensão da fonte da porta fixa faz com que a corrente da porta passe através do capacitor de feedback C'gd, a corrente da porta é Ig = (Vw-Vplt) / (R3 + R5), porque R5 é desprezível em relação a R3, então Ig≈ (Vw-Vplt) / R3. Como a corrente do portão Ig≈Icgd, Icgd = Cgd dVgd / dt. Como a tensão da porta-fonte permanece constante durante esse período, a taxa de variação da tensão da porta-fonte e da tensão da fonte de drenagem é igual. Portanto: dVds / dt = dVgd / dt = (Vw-Vplt) / (R3 C2).
A partir desta fórmula, podemos saber que a inclinação da mudança de tensão da fonte de drenagem está relacionada ao valor de R3 C2. Para um sistema com carga constante, desde que R3 seja controladoO valor de C2 pode controlar a inclinação crescente da corrente de pico de hot swap.
Durante a fase de início lento, o diagrama esquemático das alterações da tensão da porta-fonte Vgs, da tensão da fonte de drenagem Vds e dos IDs da corrente da fonte de drenagem é mostrado abaixo.
No estágio 0 ~ t1, o diodo Schottky D2 não foi ativado, portanto Vgs é igual a 0. Durante esse tempo, a fonte de alimentação de -48V carrega C2 a R3 e R5 e, quando a tensão de C2 aumenta para a tensão de ativação de D2, o tubo MOS A tensão da porta do MOSFET começa a aumentar.Quando a tensão da porta aumenta para a tensão de ativação Vth do tubo MOS, o tubo MOS liga, e os IDs da corrente da fonte de dreno começam a aumentar.Quando a tensão da porta do tubo MOS aumenta para a tensão da plataforma Vplt Os IDs de corrente da fonte de drenagem também atingem o máximo. Nesse momento, a tensão da fonte de drenagem Vds entra em saturação e começa a cair. No final da tensão da plataforma Vplt, o tubo MOS está totalmente ligado, a tensão da fonte de drenagem cai para o mínimo e os Rds com resistência do tubo MOS são mínimos.
