【应用】高压MOSFET ORing控制器，降低大电流配电系统的功耗

时间： 2018-06-04 来源：Renesas

技术问答

许多电源应用使用具有容错能力的多个电源来共享负载电流，或者在电力系统中通过冗余来实现高可靠性。在这些配电系统中，并联电源通过某种类型的输出共享方案可对负载电流作出同样的贡献。通常的设计实践是使用分立的ORing功率二极管，以防止其中一个电源对地短路产生反向电流。如果电流共享方案失效并且单独的电源电压显著下降到其他电源以下，也会产生反向电流。

虽然分立的ORing二极管解决方案通用且实施成本低，但它也有一些缺点。主要的缺点是ORing二极管功耗较高，另一个缺点是检测短路或开路ORing二极管可能很困难，上述缺点会危及电力系统的可靠性。

本文将探讨如何使用ORing MOSFET控制器和功率FET来代替ORing功率二极管，从而降低大电流配电系统的功耗。本文还展示了选择功率FET的关键步骤，以及经验证的设计技巧，以确保工程师顺利的开发冗余配电系统。

图1显示了在大电流供电系统中使用ORing二极管的缺点：在该系统中，每个二极管的功耗为10W（20A，二极管压降为0.5V），两个二极管都需要独立散热片。

图1 使用ORing二极管的大电流冗余电源

在高负载电流应用中，如果将ORing二极管替换为由高压MOSFET ORing控制器（如Intersil的ISL6144）管理的MOSFET，则可以有效降低功耗。图2显示的是Intersil推出的ISL6144，它包含一个用于驱动功率FET的片上电荷泵。如果输入电源发生故障，控制器允许其关闭输出。这有助于防止另一个冗余系统控制器在输出负载电流时产生瞬变。使用ORing MOSFET控制器可有助于降低功耗并提高可靠性。

图2 采用ORing MOSFET控制器（ISL6444）的大电流冗余电源

如何选择功率FET：

选择合适的功率FET对于帮助ORing MOSFET控制器可以按照以下步骤执行：

1）使用漏极-源极击穿电压（VDS）大于总线电压的N沟道FET。例如，如果总线电压为48V，则需要使用击穿电压为60V的FET。

2）选择一个额定电流可以支持总线负载的FET。图2的例子显示了一个冗余系统，其中48V电源可能会发生故障。如果发生电源故障，另一个电源将需要通过一个ORing FET发送完整的40A负载。因此，FET需要额定电流超过40A。

3）选择一个RDS（on）适当的FET来达到用户期望达到的效果。请注意，FET中的功耗决定了散热。RDS（on）值将直接影响功耗，这反过来决定了对散热器的要求。RDS（on）值的选择可能是一个迭代过程，用户可以根据需要使用哪种散热器来选择合适的RDS（on）值，以使解决方案适合您的系统。

较低的功耗会使散热要求降至最低，RDS（on）的值直接影响散热器要求以及是否需要气流来进行冷却。选择昂贵的FET用于降低RDS（on）（为您带来更高的效率）可能会更具成本效益，因为这可以节省散热器和冷却设备的成本。

在这个过程中，一定要使用RDS（on）的最大值作为参考。ISL6144 ORing MOSFET控制器的电荷泵使栅极FET驱动器的源极电压高出10V。因此，当用10V的VGS（on）驱动时，请务必查看FET特性。无须担心FET的高频性能。在这个应用中，FET将慢慢地打开和关闭。因此，不需要最小化门电荷。

FET vs 二极管：

要在冗余配电应用中展现出FET和二极管比较的真正优势，需要在最坏情况下设定一个在FET中实现较低功耗的目标 - 将其设置为低于二极管可实现的功耗。在前面强调的原始系统中，我们看到每个二极管在正常工作条件下功耗为10W。如果一个二极管发生故障，另一个二极管需要持续携带40A电流，正向电压为0.6V，因此，在大电流配电系统中使用ORing二极管，损耗最高为24W。

在FET系统中，当系统发生故障并强制一个FET承载完整的40A负载时，会出现最坏情况下的功耗。用户的目标应该是使用RDS（on）尽可能低的 FET，以提高效率，并降低对散热片和气流的要求。

功耗的计算可以帮助您设计冷却系统，还需要考虑其他系统组件产生的热量，以及您是否为该系统规划了空气冷却。最后，您需要检查所选FET的电压降。当40A电流流过RDS（on）为0.0043Ω的FET 时，压降仅为40×0.0043 = 0.172V。

结论：

使用FET的ORing控制器替代ORing功率二极管，可以最大限度地降低功耗并保持冗余系统可靠性。

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Intersil ISL6144 MOSFET控制器数据手册

型号- ISL6144IVZA,ISL6441EVAL1Z,ISL6144,ISL6144IRZA

数据手册 - RENESAS - 2011年10月06日 PDF 英文下载

Shipping medium change from Tube to Tray for listed Renesas TDFN , TQFN , DFN and QFN packaged products Product Change Notice (PCN22036)

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Renesas（瑞萨电子）所列产品最小起订量（MQQ）变更通知（RHB-P-18-0379）

描述- MOQ change - MOQ change for the Listed products.

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产品变更通知及停产信息 - RENESAS - 2018年10月19日 PDF 英文下载

Block Diagrams Solution Proposals in 2020

型号- ISL9122A,ISL9001A,ISL62392C,R7F0C019/004,ZSSC3XXX,RAA211410,R2A20XXX,ISL211230,RA2L1,ISL97901,ISL91128,ISL91127,ISL3170E,PS2711-1,ISL85009,ISL95808,IDT1339,ΜPD720201,ISL29501,ISL68229,ISL6144,ISL85003,ISL85005,ISL68225,ISL68223,ISL88002IE26Z,EL9110,ISL89164,RAA214250,RV1S9353AX3,49V6967,RZ/G2E,5PB1104,ISL9301,ISL80101,READ2302,RL78/L12,RL78/L13,RX23T,FT-2000,ISL99390,PS2711,RL78/H1D,9QXL2001,ISL3172,ISL9021A,ISL83485,ISL80410,ISL99360X3,5P49V5908B508,9BDL411B,R7F0C020,RV1S9160A,ISL8117A,ISL211430,RX23W,R1EX25512ATA00I,ISL97656,ISL85415,RX113,RAA491309,RAA491308,HA1630D06MM,ICM7555,FT2000,RX111,ISL88002,ISL85410,ISL85413,RAJ240XXX,OB1203,RL78/G10,RL78/G12,RL78/G13,RL78/G14,ISL9205D,ISL1208,RL78/G1D,RAA214220,ISL28213,ISL81401,ISL8272M,ISL68301,ISL6146B,X60003,RX24T,RX130,8A34002,RS780E,ISL854102,ISL8016 X2,PS9821-1,ISL8203M,RAJ240090,5P49V6965,RAA212832,ISL21080,ISL9111,RJK0332,ISL8022,RAA235100,RA6M1,ΜPD720115K8,RA6M3,ISL29125,ISL9116,RA6M2,ISL8024,R7FA6M3,ISL6752,R1EX24512BTAS0I,ISL3179E,ISL6754,ISL8018,RTC1338,ISL3034E,PS9031,BCR16FM,RAA214401,ISL673X,ISL61861B,RJK0328,ISL99360,RX66T,5P49V5908NDGI8,R2A20114B,ISL8844A,RJK03M5DNS,P9242,HIP2211FRTZ,ISL9122,ISL9123,ISL9241,ISL89411,ISL32704E,ISL89410,HS3002,HS3003,ISL28023,FS2012,RAJ240075,ISL9238,IMVP8,RAA228113,ZMID5201,ISL28130,ISL85403,RL78/I1A,ISL3152,ISL80510,ISL94202,SB710,ISL80505,RAA223011,R9A02G011,ISL9021,9DBL411,RY7011,ISL8844,ISL94212,ISL8723,ISL317XE,ISL94216,IMVP 9,UPC177G2,ISL9005A,ISL28191,5L1503L,ISL68127,ISL80015,ISL9307,RAA306400XGFP,ISL3232E,HIP2211,HIP2103,ISL8277M,ISL95521B,ISL85014,88E1512P,ISL29035,ISL8023A,ISL28191FRUZ,PS2701A,ISL99201,ISL958XX,PS2911-1,ISL80031,ISL28291,RAA211230,RAA228228,ISL81801,PS2561F,ISL8120,ISL81487,RX/24T,ISL8014A,RX/23X,PS2561F-1,HIP2211X3,R1EX24032A,RX/130,EL4543,ZMOD4410,ISL85033,P9221,ISL89163FRTAZ,EL4544,ISL8016,PS2801-1,ISL8014,ISL6742,ISL6744,ISL315XE,ISL8025A,ICL3221E,ISL4221E,RA4W1

应用及方案 - RENESAS - Dec 18th, 2020 PDF 英文下载

【产品】高压N沟道功率ORing MOSFET控制器，适合大电流应用

Intersil公司的高压N沟道功率ORing MOSFET控制器ISL6144，适合在大电流应用中替换功率二极管，可提高配电效率和可用性。

新产品发布时间 : 2017-12-11

【产品】小于0.3μs快速关断的低压ORing MOSFET控制器

Renesas公司推出的ISL6146，能够对1V至18V的OR-ing电压进行操作。与适当大小的N沟道功率MOSFET一起，ISL6146在大电流应用中替换功率OR-ing二极管时可提高功率分配效率。它通过一个完全集成的电荷泵为MOSFET提供栅极驱动电压。

新产品发布时间 : 2018-02-06

Alternate assembly facility of the listed Renesas TSSOP packaged products（PCN21006）

型号- ISL6740AIVZA-TR5508,ICL3243EIVZ,ISL84581IVZ,ICL3243ECVZ-T,ICL3243EIVZ-T7A,ICL3243ECVZ,ISL6741IVZ-T,ISL6740IVZ-T,ISL6144IVZA,ISL6144IVZA-T,ISL6721AAVZ-T,ISL84581IVZ-T,ISL6741IVZ,ISL6740IVZ,ISL6721AAVZ,ISL84051IVZ,ISL6721AVZ-T,ISL6740AIVZA,ISL6144IVZA-T7A,ISL84051IVZ-T,ICL3243EIVZ-T,ISL6740AIVZA-T,ISL6721AVZ

产品变更通知及停产信息 - RENESAS - 1/22/2021 PDF 英文下载

RENESAS POWER SOLUTIONS

型号- ISL8274M,ISL69XXX,ISL8206M,ISL911072A,ISL8273M,ISL91107IRN-EVZ,ISL9113ER7Z-EVZ,ISL9113EIAZ--EVZ,ISL8205M,ISL80111,ISL80101A,ISL8240M,ISL85009,ISL8010X,ISL8560,ISL6144,ISL854XX,ISL85003,ISL6146,ISL80113,ISL80112,ISL85005,ISL612X,ISL9120IIN-EVZ,ISL91211B-BGA,ISL91212,ISL91211,ISL91302B-BGA,ISL80103,ISL80102,ISL80015A,ISL80101,ISL9113EI9Z-EVZ,ISL91107,ZL9010M,ISL8270M,ISL8541X,ISL80XXX,ISL91302B,ISL9021A,ISL9120IIA-EVZ,ISL80410,ISL8282M,ISL884X,ISL6558,ISL8105B,ISL8105A,ISL8117A,ISL8202M,ISL85415,ISL85418,ISL91301B,ISL8201M,ISL91301A,ISL85410,ISL85413,ISL85412,ISL691XX,ISL6446,ISL8225M,RL78,ISL91107IIN-EVZ,ISL91127IIA-EVZ,ISL8088,ISL68XXX,ISL856XX,ISL8272M,ISL8204M,ISL8216M,ISL95338,ISL80019A,1SL80020A,ISL91128IIN-EVKIT1Z,ISL854102,ISL8271M,ISL91XXX,ISL8203M,ISL8215M,ISL91301,ISL91107IRA-EVZ,ISL8210M,ZL9117M,ISL80030A,ISL8022,ISL8023,ISL9230,ISL8026,ISL210XX,ISL9116,ISL8024,ISL9113,ISL69137,ISL8025,ISL69138,ISL69133,ISL8018,ISL9107,ISL69134,ISL674X,ISL9238X,ISL91212A,ISL91212B,ISL91133II(X)-EVZ,ISL8033,ISL9122,ISL9123,ISL9120,ISL9241,ISL8036,ISL69147,ISL9238,ISL69144,ISL812X,ISL675X,ISL91127IIN-EVZ,ISL85403,ISL8280M,ZL9006M,ISL91211A,ISL8200M,ISL9104A,ISL91211B,ISL91107IIA-EVZ,ISL8212M,ISL850XX,ISL81601,ISL9016,ISL80510,ISL827X,ISL69158,ISL802X,ISL813X,ISL9007,ISL801X,ISL681XX,ISL80505,HIP408X,ISL80031A,ISL28005,ISL21XX,ISL9120IRN-EVZ,ISL9113ERAZ-EVZ,EL7104,ISL91127IRA-EVZ,ISL8278M,ISL80019,ISL68127,ISL80015,ISL9307,ISL68124,ISL8024A,ISL9305,ISL820X,ISL6540A,ISL6719,ISL80121,ISL9103A,ISL6294,ISL8011X,ISL8277M,ISL8916X,ISL85012,ISL8115,ISL85014,ISL9444,ISL68137,ISL91127IRN-EVZ,ISL68134,ISL8023A,ISL880XX,ZL9101M,ISL9120IRA-EVZ,ISL91127,ISL91128,ISL80031,ISL80030,EL7242,ISL8121,ISL8126,ISL8002,ISL911273A,ISL6731,ISL6730,ISL8002B,ISL8002A,ISL91133,ISL8117,ISL91132,ISL8026A,ISL91211A-BGA,ISL91134,ISL9113A,ISL80020,ISL85033,ISL8130,ISL8013X,ISL9220,ISL9104,ISL69128,ISL8016,ISL9103,ISL69127,ISL69124,ISL69125,ISL8025A,1SL80020,ISL672X

应用及方案 - RENESAS PDF 英文下载

ISL6144 High Voltage ORing MOSFET Controller

型号- FDB3632,ISL6144IVZA,ISL6441EVAL1Z,ISL6441EVAL1ZISL6144EVAL1Z,ISL6144IV,ISL6144IR,ISL6144EVAL1Z,ISL6144,ISL6144IRZA

数据手册 - RENESAS - Rev 7.00 - October 6, 2011 PDF 英文下载查看更多版本

DISTRIBUTER BIMONTHLY 20200707

型号- ISL9122A,ISL9001A,ISL62392C,R7F0C019/004,1338,ZSSC3XXX,RAA211410,R2A20XXX,XPP336A00.000000I,ISL97901,ISL91128,ISL91127,ISL3170E,PS2711-1,ISL85009,ISL95808,IDT1339,ISL29501,ΜPD720201,ISL6144,ISL85003,ISL85005,ISL68225,ISL68223,ISL88002IE26Z,ISL89164,3A4000,RAA214250,RV1S9353AX3,49V6967,RZ/G2E,5PB1104,ISL9301,ISL80101,READ2302,2S1P,RL78/L12,RL78/L13,RX23T,FT-2000,ISL99390,RL78/H1D,ISL83485,ISL9021A,ISL80410,ISL99360X3,5P49V5908B508,9BDL411B,R7F0C020,RV1S9160A,ISL8117A,NT96685T,RX23W,R1EX25512ATA00I,ISL97656,ISL85415,RAA491309,RX113,RAA491308,HA1630D06MM,ISL85410,ISL85413,RAJ240XXX,OB1203,RL78/G12,RL78/G13,RL78/G14,ISL9205D,ISL1208,RL78/G1D,RAA214220,ISL28213,RL78/G1H,RAA462113,ISL81401,ISL8272M,ISL68301,RJK0332H,ISL6146B,X60003,7816,RX24T,RX130,8A34002,ISL854102,RS780E,PS9821-1,ISL8203M,RAJ240090,ISL21080,ISL9111,ISL8022,RJK0332,RAA235100,RA6M1,RA6M3,ISL29125,ISL9116,ISL8024,ISL6752,R1EX24512BTAS0I,ISL3179E,ISL6754,ISL3034E,PS9031,BCR16FM,RAA214401,ISL673X,ISL61861B,RJK0328,ISL99360,RX66T,5P49V5908NDGI8,91127,R2A20114B,P9242,RJK03M5DNS,HIP2211FRTZ,ISL9123,RZ/T1,ISL9241,ISL32704E,ISL89410,HS3002,HS3003,ISL28023,HS3001,FS2012,RAJ240075,ISL9238,RAA228113,ISL28130,ISL85403,RL78/I1A,ISL3152,ISL80510,ISL94202,ISL80505,SB710,RAA223011,MS41908M,R9A02G011,ISL9021,RY7011,9DBL411,ISL8844,ISL94212,ISL317XE,BA6208F,ISL94216,UPC177G2,ISL9005A,5L1503L,ISL68127,ISL80015,ISL9122,SSD1306,ISL9307,RAA306400XGFP,ISL3232E,HIP2211,HIP2103,ISL8277M,ISL85403FRZ,ISL95521B,88E1512P,ISL29035,R1EX24032ATAS0I,ISL8023A,ISL28191FRUZ,PS2701A,ISL958XX,PS2911-1,ISL28291,ISL80030,RAA228228,ISL81801,ISL8120,ISL81487,RX/24T,ISL8014A,PS2561F-1,RX/23X,RJK0328L,HIP2211X3,RX/130,ZMOD4410,P9221,ISL89163FRTAZ,PS2801-1,ISL6742,ISL6744,ISL315XE,ISL8025A,ICL3221E,ISL4221E,RA4W1

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