IRDC5001 - LS48V 有源 ORing 演示板评估指南

引言

在现代电子系统中，冗余电源设计对于确保系统的可靠性至关重要。国际整流器公司（International Rectifier）的 IRDC5001 - LS48V 有源 ORing 演示板，为载波级系统板提供了一种有效的冗余电源解决方案。本文将详细介绍该演示板的评估过程，包括电路连接、性能测试以及独特功能的验证。

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演示板概述

IRDC5001 - LS48V 演示板的主要目的是展示有源 ORing 功能，适用于载波级系统板，可将两个 - 48V（- 36V 至 - 75V 范围）输入进行 OR 操作，为系统板提供冗余电源。同时，它还能展示 IR5001 如何为 - 48V 输入的 DC - DC 转换器实现反极性保护。

电路设计

电路组成

演示板的电路原理图如图 2 所示，它包含两个采用 SO8 封装的 IR5001 有源 ORing IC，以及两个同样采用 SO8 封装的 IRF7495（22mΩ、100V、N 沟道）有源 ORing FET。这些功率 MOSFET 能够在 36V 至 75V 范围内处理高达 200W 的冗余功率。

MOSFET 选择

对于低功率应用，建议使用 Rds(on) 稍高的 MOSFET，以在检测到反向电流后实现最快的响应时间。例如，IRF7497（36mΩ、100V、N 沟道）有源 ORing FET 非常适合 60W 应用。一般设计原则是，有源 ORing FET 在导通时的压降约为 50mV。此外，冗余总线上连接了八个 3.3uF、80V 的铝电解电容器。

评估步骤

连接电源和负载

要评估有源 ORing 演示板的操作和性能，需将两个 48V 电源连接到输入端子（标记为 Input A 和 Input B），并将功率负载连接到输出端子。功率负载可以是电子负载、电阻，也可以使用标准的 1/4 砖、1/8 砖或 IR2085S DC 总线转换器演示板。

短路测试注意事项

在进行 IR5001 的短路测试之前，务必先检查每个电源的电流限制功能。安全的测试方法是先设置所需的电流限制，然后以非常低的输出电压（< 5V）进行短路，移除短路后，将电压提高 5 - 10V，再次进行短路，重复这些步骤直到达到最终测试电压。对于较旧和较大的电源，由于电流限制可能不够快，输出短路可能会带来安全风险，因此需要格外小心。

波形探测

使用示波器探头探测电路波形时，应确保接地引脚的长度最短，并直接连接到 IC / MOSFET 器件的引脚。任何标准的电流探头和放大器都可用于测量反向电流。

功能测试

短路响应测试

图 3 展示了 IR5001 对一个电源模拟短路故障的响应时间测试过程。将电源 B 的输出电压设置为比电源 A 高约 1V，例如 (V{B}=49V)，(V{A}=48V)，这样可以确保电源 B 为负载提供全部功率，而电源 A 处于待机状态（输出电流为零）。在演示板的输出端使用一个 150W 的 IR2085S DC 总线转换器。

当对电源 B 的输出端子进行短路时，总线电压会降至 48V 以下，此时反向电流会开始流过有源 ORing MOSFET M2。IR5001 会在约 120nS 内检测到反向电流并关闭 M2 MOSFET，同时仅允许 4A 的反向电流流动。图 4 展示了 MOSFET M2 的 Vds 波形以及冗余总线电压（绿色轨迹）。当 MOSFET 关闭时，杂散漏电感中存储的能量会在约 20nS 的雪崩模式下耗散，计算得到的雪崩能量约为 5uJ，与 IRF7495 的 180mJ 雪崩额定值相比可以忽略不计。

FET 检查功能

IR5001 的另一个独特功能是允许系统设计师评估系统板上的电源冗余状态，即判断 ORing FET 是否正常工作。通过在“FET Check”引脚施加逻辑高电平，可以将 IR5001 驱动器的输出关闭。理想情况下，FET 两端的电压 Vds 应上升到 0.3V 以上。当对初始导通的 MOSFET 进行“FET check”时，IR5001 内部的比较器会将 Vds 电压与 0.3V 的参考电压进行比较。如果 Vds 电压超过 0.3V，比较器会在“FET Short”引脚发送逻辑低电平信号，表明 FET 工作正常。

在演示板上，可以通过一个常闭开关和两个绿色 LED 来测试此功能。按下开关，两个有源 ORing 控制器的栅极驱动信号将被关闭，从而关闭 ORing FET 的通道。最简单的测试方法是断开其中一个电源，例如断开 (V{B})，将 (V{A}) 设置为 48V，然后按下开关。如果 IC A 旁边的绿色 LED 亮起，则表示 FET A 正常；如果在 FET A 两端施加短路时 LED 不亮，则表示 FET A 短路。同样的方法可以用于测试源 B 的 ORing FET。

FET 状态真值表

在实际系统中，可能无法断开其中一个电源。如果每个电源的电压无法改变，则只能确定连接到较高电压源的 FET 是否正常工作。通常，可以使用表 1 所示的真值表来根据源 A 和 B 的各种可能状态确定各个 FET 的状态。该表不仅可以判断 FET 是否短路，还可以判断是否开路。

总结

IRDC5001 - LS48V 有源 ORing 演示板为电子工程师提供了一个实用的平台，用于评估有源 ORing 功能和反极性保护。通过本文介绍的评估步骤和功能测试方法，工程师可以深入了解该演示板的性能，并将其应用于实际的冗余电源设计中。在实际应用中，你是否遇到过类似的电源冗余设计挑战？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。