原创 PICOR或门二极管的新方案Cool-ORing应用笔记

或门二极管的新方案Cool-ORing应用笔记

Picor公司的Cool-ORing PI2125是一个全功能的有源Cool-ORing解决方案。通过一个高速的ORing
MOSFET控制器和一个低Rds(on)的MOSFET管，用来设计在高效率的功率系统中。PI2125 Cool-
ORing可以被封装在一个极小且耐高温的LGA（5mm*7mm）封装内。并可应用在总线电压小于等于
12V最大电流12A的电源体系中。使用PI2125在高可靠性系统中可以比普通或门二级管提供更高的效
率。对于出现故障环境下，作出快速的动态响应。PI2125可以并联排列成主/从结构，并满足高电流
环境下有源ORing的使用。
PI2125在稳定工作期间，内部集成的MOSFET Rds（on）=5.5毫欧，提供了高效率、低损耗的应用。
设计在冗余系统中，出现输入电源失效所引起的反向电流时，PI2125可以快速地关断内部的MOSFET。
在系统出现过流、轻载、反向电流，过压，欠压和过温情况下，PI2125也会向系统输出失效信号。欠
压和过压点可通过连接一个外部电阻分配器来进行编程控制。如果引脚温度超过160摄氏度后，温度
传感器会提示错误。
PI2125特征：
1． 集成了高性能MOSFET 12A，5.5mΩ
2． 提供完美，极小的PCB线路布局
3． 对于电源失效有快速动态响应，反向电流关断时间160ns
4． 使用精密传感器提示系统错误
5． 可编程的欠压和过压功能
6． 过温故障侦测
7． 可调整的反向电流Blanking Timer
8． 并联的主/从 I/O控制
9． 提示失效报错功能
典型应用：
1. N+1冗余功率系统
2. 服务器和高级终端
3. 电信系统
4. 高电流有源ORing
功能描述
PI2125是一个综合的Cool-ORing产品。利用特殊的工艺，把Rds(on)=5.5毫欧的N-Channel MOSFET和
高密度的控制电路集成在一起，这种组合提供了优越的密度、减少了PCB板空间，以达到实现一个理想的
ORing二极管功能。显著的减少了功率消耗和必要的散热器，同时还减少了设计的复杂性。
由于内部整合了MOSFET的特性，从而栅极电压仍然保持栅极阈值电压以上，它将允许电流正向和反向流
动。理想的ORing应用中，不允许反向电流流过，所以整合了的控制器必需能够非常快速、准确无误的侦
测到由于输入功率源失效引起的反向电流，从而尽可能快速的关断MOSFET的栅极。一旦栅极电压跌落至
栅极门限电压以下时，MOSFET被关断，并且像二极管一样反向偏压阻止反向电流流过。在过流的情况下，
普通二极管解决方案中使用的二极管没有保护功能，而在PI2125应用中，发生负载失效所引起的过流期间，
PI2125的失效脚将提供一个失效信号。这个失效信号同样也对反向电流、轻载、VC欠压、输入过压和欠压、
过温情况下起作用。

差分放大器
PI2125整合了一个高速、低偏压差分放大器，可以高精度探测正极（SP）脚和负极（SN）脚之间的电压差。
该放大器输出连接到三个比较器：反向比较器、正向比较器和正向过流比较器。

反向比较器：RVS
反向比较器是最为重要的比较器。用来侦测反向电流引起的负电压。当SN脚比SP针脚高6毫伏时，反向比较
器将激活BK电源，对内部2pF电容进行充电。由于传统的开关电源噪音会引起过早的反向电流侦测，因此内
部的Blanking Timer提供了噪声滤波。一旦通过电容的电压到达了计时器的门限电压（1.25V），MOSFET将
关闭。当BK接地时，最短的Blanking 时间为50ns。Blanking 时间将被计算进控制器的延时时间。

反向Blanking Timer：BK
在BK脚和GND之间连接一个外部电阻（RBK）可以增加Blanking时间。
公式：Where：RBK ≤200KΩ
如果BK被连接到VC时，PI2125被配置成从模式运行，典型的blanking 时间为320ns,则总的延时时间为430ns。
反向比较器有3mV滞后，参考SP-SN。当电源系统失效所引起的反向电流故障时，那么失效警告信号也会在
40us后向系统提示。

正向电压比较器：FWD
FWD比较器在PI2125流过正向电流,并且SP-SN=+6mV时开启侦测。当SP-SN<6mV时，系统显示轻载或空载，
也有可能关闭MOSFET ,FWD比较器发出错误信号。

正向过流比较器：FOC
当SP高于SN 66mV（典型）时，FOC比较器显示过流。并将通过FT脚显示出错。

配置成从模块
在高电流应用中，超过了一个PI2125（12A）的电流极限。可以通过多个PI2125并联且同步的方式组成主从结构
以共享电流，达到高电流的应用。从模块允许相互并联的MOSFET共享多个PI2125的电流。一个主模块的PI2125
将可控制从模块，以达到同步共享电流。连接BK到GND，SL脚将和内部的Gate驱动器有相同的输出信号特征。
在这种配置中SL输出最多能驱动10个PI2125。SL脚电平限制为5.5V（max）。

欠压：UV
通过连接外部电阻分配器，可编程输入欠压点，并去监视输入电压。当欠压故障发生时，失效信号脚FT被拉低。

过压：OV
通过连接外部电阻分配器，可编程输入过压点，并去监视输入电压。当欠压故障发生时，失效信号脚FT被拉低。

过温：OT
内部的过温监视模块侦测模块的引脚温度。过温限制点设定在160摄氏度。模块超过了过温限制点时，过温电路
显示出错并拉低FT脚。

失效：
故障电路输出是一个开路集电极，有40us的延时，防止一些故障误报。FT脚被拉低出现在以下任意情况：
1． 反向电流
2． 正向过流
3． 轻载
4． 过温
5． 输入过/欠压
6． VC脚欠压。
典型应用：
应用举例：
要求：
多总线电压为12V
负载电流10A（假设每一个分路）
最大环境温度70℃ ；无空气流动
辅助电压 24V±10% （21.6V～26.4V）

解决方案：
每一个多路12V电源需要一个PI2125。Vin是12V高于SP脚的最大额定电压8V，所以PI2125应该被配置在浮动系统中。
以使PI2125 Vin脚浮动，需要连接它到GND脚，同时低端VC连接电容到Vin。
Vaux:为了保证辅助电压总是高于Vin （DC-DC转换器的输出）6V，确保内部的MOSFET完全导通。如果辅助电压高于
PI2125的钳位电压（15.5V）时，就需要使用一个偏压电阻（Rbias）串进VC脚。
图5
Rbias值：
Rbias =（21.6V-15.5V）/4.2mA=1.45KΩ或1.43KΩ
Rbias功率消耗额定值：
PdRbias =（26.4V-15.5V）2/1.43KΩ=83mW
根据以上计算功率消耗值，使用1/4W电阻。

SP和SN脚：
GND脚和S脚被连接到Vin,PI2125被浮动，所以直接连接SP脚到GND脚以减少SP脚与GND脚之间寄存元件的影响。
并连接SN到D脚。

BK脚：
连接BK脚到GND脚实现最小反向电流的响应时间。

SL脚：
不连接。

错误脚：
当PI2125 GND脚被连接到Vin时，FT脚输出参考GND脚。一个电平切换电路可以被增加，以使FT脚输出参考系统地。
参考电平切换电路。
UV和OV输入：

在浮动的应用中这些脚不能监视Vin。连接UV到VC脚和OV到GND脚可丧失这些脚的功能。

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