3 设计 48V AI 服务器热插拔电路的挑战

每当回顾这些年来热插拔电路配置是如何演变的，都会发现有趣的现象。热插拔解决方案由三个主要组件组成：一个用作主电源控制开关的 N 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)、一个测量电流的感应电阻器，以及一个热插拔控制器，其中包括一个完成环路以控制 MOSFET 的通电流的电流感应放大器。

如图 2 所示，您可以对低功耗设计使用单一基于 MOSFET 的热插拔解决方案。从根本上说，热插拔控制器具有电流和功率限制功能，可限制浪涌和故障电流，同时保障 MOSFET 的安全工作区 (SOA)。这些功能足以用于设计低功耗 (<500W) 热插拔解决方案。

随着数字负载的增加，系统需要更高的输出电容 (>SOA 470µF)，要求并联 MOSFET 支持稳态电流并采用输出电压压摆率控制 [1]，以使 MOSFET 保持在其 SOA 范围内。

在输出电压压摆率控制方法中，放置在栅极-GND 之间的电容器 C_dv/dt（参阅图 3）可限制栅极和输出电压的压摆率，从而限制浪涌电流。当 MOSFET 中的功率损耗降低且分布在较长的时间段内时，它们可以处理更多能量。因此，随着输出电容增加，您需要更高的 C_dv/dt 来降低 MOSFET 在启动期间的浪涌电流和功率损耗。

更高的 Cdv/dt 会干扰关断过程，但热插拔控制器的下拉强度有限。这需要针对 Cdv/dt 采用基于本地 P 沟道 N 沟道 P 沟道 (PNP) 的放电电路，如图 4 所示。在启动期间，Cdv/dt 以相同的方式控制压摆率，但在关断事件期间，Q1 PNP 晶体管激活并在本地对 C_dv/dt 放电。二极管 D1 会阻止 Cdv/dt 放电到栅极引脚，从而降低栅极引脚上的应力，同时确保控制器正常运行。

在 AI 驱动型图形处理单元应用中，热插拔解决方案必须支持 150A 左右的电流，并且必须支持高频、高压摆率负载瞬态，而这带来了三个新的挑战。