Ein Konzept zur Systemanpassung
Herausforderung Hot-Swap
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Bestimmung des Timer-Kondensators
Unter Zuhilfenahme des auf diese Weise für erhöhte Umgebungstemperaturen ergänzten SOA-Diagramms lässt sich der Wert für den Timer-Kondensator ermitteln. Hierzu wird eine vertikale Linie bei der Maximalspannung 13,2 V und eine horizontale Linie bei dem Maximalstrom, etwa bei 35 A, eingetragen. Der Schnittpunkt der in Bild 4 blau aufgetragenen Linien liegt zwischen 1 ms und 10 ms, angenähert bei 2 ms.
Bei grafischen Näherungen auf logarithmischen Skalen ist eine gewisse Vorsicht geboten. Es empfiehlt sich, im Zweifel eine gewisse Sicherheitsmarge zu lassen. Unter dem Aspekt der üblicherweise sehr großen Toleranzen bei Transistoren darf ein grafisch abgelesener Wert als durchaus praxisgerecht angenommen werden. Grundsätzlich kann über zwei Punkte im SOA-Diagramm und Logarithmenberechnung ein exakteres Ergebnis erzielt werden.
Die Berechnung der Ladezeit ergab tCharge = 850 μs. Die Verwendung der Soft-Start-Funktion verlängert aufgrund der linearen Anstiegsrampe des Stroms die Gesamt-Ladezeit gegenüber dem unverzögerten Einschaltvorgang. Es ist eine gute Näherung, die Soft-Start-Zeit zur Hälfte der Ladezeit anzurechnen. Mit einer Soft-Start-Zeit von 100 μs ergibt sich damit eine Ladezeit von tCharge SS = 850 μs + 50 μs = 900 μs.
Ein MOSFET ist für die Applikation prinzipiell geeignet, solange die für den Timer gewählte Ladezeit kleiner ist als der bei Maximalstrom abzulesende Wert für die Maximalzeit im SOA-Diagramm. Diese Bedingung ist bei einer Ladezeit <2 ms erfüllt. Ein Wert zwischen 0,9 ms und 2 ms ist also verwendbar, 1 ms ein guter Wert. Der Timer-Kondensator errechnet sich für den ADM1177 zu
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Bild 5 zeigt den Hot-Swap-Controller mit parallelgeschalteten MOSFETs und Peripherie-Beschaltung mit den errechneten Werten. Bei Parallelschaltung von MOSFETs ändern sich die Berechnungen für den Timer nicht. Bei der Auslegung des Kurzschluss- Schutzes ist zu beachten, dass auch innerhalb einer Charge die UGSTH variieren können. Die Leistungsverteilung bei Parallelschaltung kann also ungleich sein. Deshalb ist eine Leistungsreserve empfehlenswert.
Einige Hot-Swap-Bausteine bieten neben den Standard-Funktionen zusätzliche Möglichkeiten. Im Beispiel ADM1177 kann ein integrierter ADC dazu verwendet werden, Eingangsspannung und Strom zu überwachen und in digitaler Form über den I2C-Bus auszugeben. Für Hot-Swap-Einschübe werden spezielle Steckverbinder angeboten, die durch entsprechende verlängerte Kontakte gewähren, dass vor dem Einschalten der Komponente Versorgungsspannung und Masse sicher anliegen.
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Dipl.-Ing. Kai Rohm kai.rohm@analog.com |
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- Beispielhafte Komponenten-Berechnung
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