主動(dòng)“ORing”方案降低了功率損耗和設(shè)備尺寸

主動(dòng)“ORing”方案包括一個(gè)功率MOSFET和一個(gè)集成電路控制器。MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(on)會(huì)在其內(nèi)部產(chǎn)生功率損耗（通過(guò)器件的電流的平方與電阻的乘積）。

如果在肖特基二極管“ORing”方案中實(shí)現(xiàn)相等電流，該方案中的損耗將降低為原來(lái)的十分之一。這就說(shuō)明，一個(gè)主動(dòng)“ORing”方案可以比標(biāo)準(zhǔn)“ORing”二極管方案更小，由于它非常低的功率消耗，就充分降低了對(duì)散熱系統(tǒng)的依賴。

然而，主動(dòng)“ORing”方案確實(shí)是一個(gè)折中的方案。當(dāng)MOSFET打開(kāi)的時(shí)候，電流的方向不受限制。正是由于這個(gè)特點(diǎn)，主動(dòng)“ORing”方案可以非常準(zhǔn)確和非常快速地檢測(cè)出由于反向電流而產(chǎn)生的故障。一旦檢測(cè)到故障，控制器就需要盡可能快地關(guān)閉MOSFET，并依次從冗余總線上隔離輸入故障，阻止反向電流的進(jìn)一步增加。

合適的方案
當(dāng)著手選擇合適的“ORing”方案時(shí)，關(guān)鍵的問(wèn)題是理解特殊應(yīng)用的基本邊界條件，然后選擇哪種類(lèi)型的“ORing”方案就非常清楚了。但這并非毫無(wú)遺漏，還存在一些典型的邊界條件，這些邊界條件如下所示：

● 系統(tǒng)所處的環(huán)境溫度上升到最高溫度，功率方案必須保持可靠工作。

● 系統(tǒng)位于特定不可動(dòng)建筑物中時(shí)。

● 可獲得的散熱手段（風(fēng)扇、散熱片、PCB 面積等）。

● 最壞故障條件（“ORing”方案的響應(yīng)時(shí)間和速度非常關(guān)鍵）。

在特殊應(yīng)用環(huán)境中分析典型二極管“ORing”方案與典型主動(dòng)“ORing”方案的異同是非常有價(jià)值的。下面的分析示例是在環(huán)境溫度為70℃，負(fù)載電流為20A情況下的分析過(guò)程。

典型二極管功率消耗（PD(diode)）：VF×IF=～0.45V×20A=9W。

主動(dòng)“ORing”方案的功率消耗（PDFET）：ID2×RDS(on)=(20A)2×1.5mΩ=0.6W。

此處1.5mΩ是Picor公司PI2121 Cool-ORing器件的典型RDS(on)。

如果器件工作的最大結(jié)點(diǎn)溫度保持在125℃，則需要的散熱條件為
TJ=Tamb+（PD×Rthj-a）
式中：

TJ=器件結(jié)點(diǎn)溫度。
Tamb=系統(tǒng)環(huán)境溫度。
PD=器件功率消耗。
Rthj-a=熱阻（結(jié)點(diǎn)-環(huán)境）。
Rthj-a需要維持二極管的125℃結(jié)點(diǎn)溫度大約是6℃/W。
Rthj-a需要維持MOSFET的125℃結(jié)點(diǎn)溫度大約是92℃/W。

Rthj-a數(shù)值越高，散熱的費(fèi)用與總體擁有成本之間的依賴關(guān)系就越低，這就使“ORing”方案非常吸引人。主動(dòng)“ORing”方案的好處表明，這是提供最小解決方案的最好辦法，如果不可動(dòng)建筑的價(jià)值非常高。高密度單封裝系統(tǒng)（SiP：System-in-a-Package）產(chǎn)品是解決高密度問(wèn)題的最好途徑，它所提供的IC-FET優(yōu)化可以增加電子性能的改進(jìn)。使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝的分立解決方案具有先天的局限性，如器件尺寸、器件之間的PCB空間，以及隱藏在整體密度和電子性能后面的寄生偏移。

必須精確確定MOSFET兩端的電壓和極性，這代表流過(guò)整個(gè)器件的電流。在故障事件被觸發(fā)之前，反向門(mén)限將決定通過(guò)MOSFET的反向電流總和，而且控制器的柵極驅(qū)動(dòng)特征將決定MOSFET的關(guān)斷時(shí)間，并因此產(chǎn)生了通過(guò)MOSFET的反向峰值電流。門(mén)限越低、柵極驅(qū)動(dòng)越高，則將確保更早地檢測(cè)并降低總體反向峰值電流，并且最終降低任何冗余總線電壓降落的可能。

主動(dòng)“ORing”方案
Picor公司有一個(gè)主動(dòng)“ORing”方案（Cool-ORing系列），包括一個(gè)高速“ORing” MOSFET控制器和一個(gè)具有低導(dǎo)通電阻的MOSFET，采用高密度強(qiáng)化散熱的LGA(Land-Grid-Array）封裝。這個(gè)方案可以達(dá)到低至1.5mΩ的典型導(dǎo)通電阻，可以在整個(gè)比較寬的溫度范圍內(nèi)工作，并能夠提供高達(dá)24A的持續(xù)負(fù)載電流。

LGA封裝是非常小的5mm×7mm封裝形式，它提供了強(qiáng)化散熱，并能夠用于低壓、高邊（如圖1所示）主動(dòng)“ORing”應(yīng)用中。Cool-ORing方案與常規(guī)主動(dòng)“ORing”方案相比提供了超過(guò)50％的空間節(jié)省。

圖1 PI2121典型應(yīng)用：高邊主動(dòng)“ORing”技術(shù)

[!--empirenews.page--]PI2121是一個(gè)8V、2A的器件，可以用于總線電壓小于等于5V的應(yīng)用；PI2123是一個(gè)15V、15A的器件，可以用于總線電壓小于等于9.6V的應(yīng)用；而PI2125是一個(gè)30V、12A的器件，可以用于總線電壓不大于12V的應(yīng)用。PI2121、PI2123和PI2125的典型導(dǎo)通電阻分別是1.5mΩ、3mΩ和5.5mΩ。

Cool-ORing方案可以由標(biāo)準(zhǔn)的10腳TDFN封裝和8腳SOIC封裝形式的單獨(dú)控制器提供，這些封裝的器件可以驅(qū)動(dòng)外部標(biāo)準(zhǔn)的N溝道MOSFET，并且其功能與全部功能的集成方案完全相同（如圖2所示）。

圖2 當(dāng)輸入電源發(fā)生短路故障時(shí)PI2001的典型動(dòng)態(tài)響應(yīng)

Picor的PI2003是針對(duì)48V冗余電源架構(gòu)優(yōu)化的控制器，特別適合需要瞬態(tài)電壓在100ms時(shí)間內(nèi)上升達(dá)100V輸入電壓的系統(tǒng)。PI2003的低靜態(tài)電流使其可以直接輸入48V電壓，也簡(jiǎn)化了低損耗偏置。

主動(dòng)ORing技術(shù)中的負(fù)載分離特征
常規(guī)ORing技術(shù)和主動(dòng)ORing技術(shù)解決方案不能在負(fù)載故障時(shí)保護(hù)輸出，這是因?yàn)榭傆幸粋€(gè)二極管正向偏置電流要流到輸出端。在標(biāo)準(zhǔn)二極管ORing技術(shù)中，這是顯而易見(jiàn)的，但使用常規(guī)主動(dòng)ORing技術(shù)，即使當(dāng)MOSFET關(guān)閉的時(shí)候，也有一個(gè)寄生體二極管存在，并有正向電流流過(guò)它，而且是不可能斷開(kāi)它的。

Cool-ORing技術(shù)也包括一個(gè)負(fù)載分離的特征。PI2122全功能解決方案集成了一個(gè)具有背對(duì)背配置的MOSFET（它們可以提供極低的導(dǎo)通電阻）的高速控制器，封裝為高密度強(qiáng)化散熱的5mm×7mm LGA封裝，并為不大于5V總線的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

PI2122是7V、12A的器件，具有實(shí)際上典型值為6mΩ的導(dǎo)通電阻，可以使它具有非常高的效率。通過(guò)采用背對(duì)背MOSFET，內(nèi)部寄生體二極管彼此是反向的，因此當(dāng)MOSFET關(guān)閉的時(shí)候，阻止了正向和反向電流。

該產(chǎn)品作為主動(dòng)ORing技術(shù)的解決方案，也能夠檢測(cè)輸出負(fù)載故障時(shí)的過(guò)電流。這個(gè)功能在獨(dú)立控制器PI2002中也存在，它可以驅(qū)動(dòng)外部標(biāo)準(zhǔn)背對(duì)背配置的N溝道MOSFET。

冗余供電架構(gòu)依賴于采用寬總線電壓的有效ORing技術(shù)方案。Picor公司的Cool-ORing系列主動(dòng)ORing方案的價(jià)值是下一代高可用系統(tǒng)的關(guān)鍵。

全功能解決方案將高速控制器和高性能MOSFET技術(shù)融合在一起，在高密度強(qiáng)化散熱的LGA封裝中實(shí)現(xiàn)了極低的損耗。這些解決方案與傳統(tǒng)的主動(dòng)ORing技術(shù)相比節(jié)省了50％的空間。