引言

　?。?shí)現(xiàn)備用電源的傳統(tǒng)辦法，也是有效的辦法，是使用二極管進(jìn)行“或操作（ＯＲｉｎｇ）”。圖１是用二極管進(jìn)行“或操作”的電路圖?？梢园阉玫揭粋€(gè)典型的?。矗福窒到y(tǒng)中。雖然“或操作”是實(shí)現(xiàn)備用電源的一個(gè)有效方法，但是它的一些明顯的缺點(diǎn)是現(xiàn)代的系統(tǒng)所不能容忍的，這促使人們?nèi)グl(fā)展“有源或操作（Ａｃｔｉｖｅ　ＯＲｉｎｇ）”的方法，在本文中將介紹這個(gè)方法。

　　用二極管實(shí)現(xiàn)“或操作”的方法

　　如圖１所示，用二極管實(shí)現(xiàn)“或操作”的傳統(tǒng)方法只不過(guò)是在每一個(gè)－４８Ｖ輸入電源中插進(jìn)去一只二極管。“或操作”二極管的作用是把出故障的輸入電源同系統(tǒng)的其他部分切斷。這樣，備用電源就能夠把供電的任務(wù)接過(guò)來(lái)，成為主電源，為系統(tǒng)供電。如果這個(gè)“或操作”的功能還不能勝任這個(gè)工作，系統(tǒng)的輸入電源仍然是短路的，那么這個(gè)系統(tǒng)也就會(huì)停下來(lái)。在正常工作時(shí)，這個(gè)二極管是正向偏置的，它處于正常導(dǎo)通狀態(tài)。但是如果來(lái)自電源Ａ的輸入電源出現(xiàn)故障，電流就會(huì)沿著相反的方向從起“或操作”作用的二極管中流過(guò)，但是這只二極管不會(huì)讓電流向著相反的方向流動(dòng)，于是系統(tǒng)與短路的電源之間就會(huì)切斷，而后就由電源Ｂ為系統(tǒng)供給電力。在二極管起“或操作”作用時(shí)遇到的問(wèn)題是系統(tǒng)的效率變得更加重要，這是因?yàn)樘幚砀蟮墓β蕮p失成為熱設(shè)計(jì)的一個(gè)大問(wèn)題。不僅如此，功率總是在增大，要保持系統(tǒng)的效率很高，就更加困難。二極管在導(dǎo)通時(shí)，它上面存在一個(gè)并不低的正向壓降，于是產(chǎn)生相當(dāng)大的功率損失，尤其是在電流增大的情況下。需要進(jìn)行“或操作”的情況并不是很多，只有在輸入電源出現(xiàn)故障時(shí)才起這個(gè)作用。在其他時(shí)間里，這只二極管是工作在導(dǎo)通狀態(tài)，它產(chǎn)生固定數(shù)量的功率損失，會(huì)降低系統(tǒng)的效率，造成系統(tǒng)產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量，這個(gè)功率損失是應(yīng)該盡量避免的。通常，一個(gè)１５０Ｗ的系統(tǒng)需要一個(gè)ＴＯ－２２０封裝的二極管，它是通孔安裝的元件，裝在系統(tǒng)電路板上。此外，系統(tǒng)還需要用散熱器來(lái)降低器件中半導(dǎo)體結(jié)的溫度。按照一般的經(jīng)驗(yàn)，在起“或操作”作用的二極管的功率損失達(dá)到大約２Ｗ或更大的情況下，要用通孔安裝的元件，并且要使用散熱器，在功率損失低于２Ｗ時(shí)，需要使用一只表面貼裝的Ｄ２Ｐａｋ封裝元件。通孔安裝的器件是插在電路板的孔中，散熱器要用手工安裝。這種辦法占用的體積很大，電路板上電源使用的面積便減少了。

　　由于隨著功率增高人們要求系統(tǒng)有更高的效率，而且也一直需要尺寸較小的解決辦法，用二極管實(shí)現(xiàn)的“或操作”這個(gè)方法的效果受到了限制?，F(xiàn)在需要一個(gè)新的“或操作”解決方案，它的速度要很快，要具有二極管的保護(hù)性能，同時(shí)還能起同步整流器的導(dǎo)通作用。

　　“有源或操作”

　　改進(jìn)傳統(tǒng)的二極管“或操作”功能的一個(gè)適用方法，是使用一只ＭＯＳＦＥＴ晶體管來(lái)代替它，如圖２所示。由于ＭＯＳＦＥＴ晶體管屬于有源器件，要在柵極上加一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)它才會(huì)導(dǎo)通或關(guān)斷，所以需要在外面用集成電路來(lái)控制。使用ＭＯＳＦＥＴ晶體管，可以顯著地降低正向?qū)〒p失。因?yàn)樵谶@種情況下，可以使用尺寸很小的表面貼裝ＭＯＳＦＥＴ晶體管，往往采用尺寸很小的ＳＯ－８或者ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ封裝器件和功率從１５０Ｗ到３００Ｗ以上、用于－４８Ｖ的應(yīng)用系統(tǒng)。然而在“有源或操作”這個(gè)解決辦法中，關(guān)鍵的要求是ＭＯＳＦＥＴ晶體管的關(guān)斷速度。這點(diǎn)是很重要的，因?yàn)楫?dāng)ＭＯＳＦＥＴ晶體管在導(dǎo)通時(shí)，電流是可以雙向流動(dòng)的。上文已經(jīng)講過(guò)，如果有一個(gè)輸入電源出現(xiàn)故障，電流會(huì)改變方向，在使用ＭＯＳＦＥＴ晶體管的情況下，電流可以沿著相反的方向流動(dòng)。在這時(shí)，輸入電壓將開(kāi)始下降，更嚴(yán)重的情況是，如果所使用的“有源或操作”解決辦法的性能很差，出現(xiàn)短路的輸入會(huì)把備用電源的電壓拉下來(lái)。所以，對(duì)于一個(gè)有效的“有源或操作”解決辦法，集成電路要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)，在輸入電源出現(xiàn)故障的情況下，它應(yīng)該對(duì)反向電流迅速做出反應(yīng)，并且盡可能快地將ＭＯＳＦＥＴ晶體管關(guān)斷。

　　完成“有源或操作”的集成電路是一種高速控制器，其中包含一個(gè)ＭＯＳＦＥＴ晶體管驅(qū)動(dòng)器。這個(gè)集成電路的輸出電壓就是推動(dòng)ＭＯＳＦＥＴ晶體管的電壓，它是根據(jù)集成電路輸入端的電壓差的極性來(lái)確定的?！坝性椿虿僮鳌奔呻娐返妮斎攵耍桑危魏停桑危惺墙釉冢停希樱疲牛跃w管的漏極與源極之間，連續(xù)地測(cè)量ＭＯＳＦＥＴ晶體管上的電壓。如果有一路輸入電源出現(xiàn)故障，ＭＯＳＦＥＴ晶體管中的電流便迅速地改變方向。當(dāng)ＭＯＳＦＥＴ晶體管中的電流改變方向時(shí)，電壓將開(kāi)始升高，而極性相反，當(dāng)電壓超過(guò)集成電路中偏移電壓設(shè)定值時(shí)，便將ＭＯＳＦＥＴ晶體管關(guān)斷。在使用國(guó)際整流器公司新的ＩＲ５００１Ｓ型“有源或操作”控制器和驅(qū)動(dòng)器時(shí)，ＭＯＳＦＥＴ晶體管的關(guān)斷速度大約是１３０ｎｓ，使得－４８Ｖ輸入電源的電壓波動(dòng)不到２Ｖ。ＩＲ５００１Ｓ的速度大約是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手接近的產(chǎn)品的兩倍，它的典型工作波形如圖３所示。

　　如果使用一只額定電壓為１００Ｖ、導(dǎo)通電阻約為２２ｍΩ的ＭＯＳＦＥＴ晶體管，例如ＩＲＦ７４９５，并且假定電流為４Ａ，測(cè)量到的正向電壓大約是８５ｍＶ，功率損失的測(cè)量值大約是３７０ｍＷ。這是用尺寸非常小的ＳＯ－８封裝ＭＯＳＦＥＴ晶體管時(shí)得到的結(jié)果。在使用傳統(tǒng)的肖特基二極管實(shí)現(xiàn)的“或操作”解決方案中，使用Ｄ２Ｐａｋ或者ＴＯ－２２０封裝的肖特基二極管，它的正向電壓降大約是６００ｍＶ，功率損失是２．４Ｗ。與傳統(tǒng)的肖特基二極管相比，使用溝道型肖特基二極管有一些改善，但是正向電壓仍然達(dá)到３７０ｍＶ，功率損失為１．４８Ｗ。這表示與使用傳統(tǒng)的肖特基二極管的方案相比，使用ＭＯＳＦＥＴ晶體管的“有源或操作”解決方案的功率損失減少了８５％；與使用溝道型肖特基二極管的方案相比，使用ＭＯＳＦＥＴ晶體管的“有源或操作”解決方案的功率損失減少了７５％。對(duì)于功率不同的情況，建議選用正向電壓降大約為?。担埃恚值模停希樱疲牛跃w管。這樣，在導(dǎo)通損失和ＭＯＳＦＥＴ晶體管關(guān)斷時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間，可以得到很好的折中，并且可以很快地保護(hù)系統(tǒng)。在功率較高，達(dá)到３００Ｗ的情況下，利用外殼為中等尺寸、額定電壓為１００Ｖ的新型ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ?。停希樱疲牛跃w管ＩＲＦ６６４４，可以提高“有源或操作”解決方案的性能。在功率為３０～６０Ｗ的情況下，利用外殼為小尺寸的ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ?。停希樱疲牛跃w管ＩＲＦ６６５５可以將“有源或操作”解決方案的性能做到。外殼尺寸為中等的ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ將取代并聯(lián)的ＳＯ－８器件，而小外殼的ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ的尺寸不到ＳＯ－８的一半，也將取代ＳＯ－８器件。采用“有源或操作”解決方案可以減少功率損失，把整個(gè)系統(tǒng)電路板的效率提高１．３％。對(duì)于使用表面貼裝封裝的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)功率解決方案，消滅體積大的通孔封裝和散熱器總成（它會(huì)增加制造成本和復(fù)雜性）也是有幫助的。

　　在功率較小的系統(tǒng)中，當(dāng)選擇用于“有源或操作”解決方案的ＭＯＳＦＥＴ晶體管時(shí)，選用正向壓降在５０ｍＶ這個(gè)范圍的晶體管。原因是　“有源或操作”解決方案的關(guān)斷速度決定于電流開(kāi)始向相反方向流動(dòng)時(shí)ＦＥＴ晶體管上的極性相反的電壓。如果使用導(dǎo)通電阻很小的ＭＯＳＦＥＴ晶體管，反向電壓的增大就需要長(zhǎng)一點(diǎn)的時(shí)間，尤其是小功率系統(tǒng)。為了在導(dǎo)通時(shí)的功率損失和關(guān)斷速度之間妥善地做出平衡，并不一定要選擇?。遥模樱ǎ铮睿┑模停希樱疲牛跃w管，而且，如果按照這個(gè)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，還可以節(jié)省一些成本。

　　對(duì)“有源或操作”解決方案的一個(gè)重要要求就是實(shí)現(xiàn)起來(lái)要簡(jiǎn)單。這種解決方案要取代的是一個(gè)只有兩個(gè)連接端的二極管器件。集成電路和ＭＯＳＦＥＴ晶體管必須很小，引出腳的數(shù)量也要盡量少。新的ＩＲ５００１Ｓ是一個(gè)有８?jìng)€(gè)引腳的器件，它只需要兩個(gè)外接無(wú)源元件和它一起工作。

　?。桑遥担埃埃保印坝性椿虿僮鳌苯鉀Q方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠檢測(cè)ＭＯＳＦＥＴ晶體管的狀態(tài)。在使用二極管時(shí)，如果二極管壞了，短路了，是不可能檢測(cè)出來(lái)的，因?yàn)樗^續(xù)導(dǎo)通。這時(shí)，如果有一路輸入電源出現(xiàn)故障，這只二極管就不能夠保護(hù)系統(tǒng)。在使用“有源或操作”解決方案時(shí)，如果ＭＯＳＦＥＴ晶體管遇到類似的情況，ＩＲ５００１Ｓ會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷測(cè)評(píng)。在ＩＲ５００１Ｓ上有兩個(gè)引腳“ＦＥＴ　Ｃｈｅｃｋ”（或者“ＦＥＴＣｈ”）和“ＦＥＴ?。樱簦幔簦酰蟆保ɑ蛘摺埃疲牛裕樱簟保?。送到引腳“ＦＥＴ?。茫瑁澹悖搿鄙系倪壿嬓盘?hào)會(huì)把集成電路的輸出電壓拉下來(lái)，讓ＭＯＳＦＥＴ關(guān)閉。ＭＯＳＦＥＴ晶體管的短暫關(guān)閉，會(huì)引起漏極與源極之間的電壓上升（可在集成電路的ＩＮＮ和ＩＮＰ引出腳上測(cè)量此電壓）。如果電壓從大約不到１００ｍＶ上升到７００ｍＶ（由于ＭＯＳＦＥＴ的體內(nèi)二極管，可以預(yù)計(jì)到這點(diǎn)），ＭＯＳＦＥＴ就是正常的。如果電壓沒(méi)有上升到高于３００ｍＶ這個(gè)臨界值，那么就是ＭＯＳＦＥＴ晶體管短路了。按照外接ＭＯＳＦＥＴ晶體管的狀態(tài)，“ＦＥＴ?。樱簦幔簦酰蟆币_為系統(tǒng)提供一個(gè)輸出信號(hào)。利用這個(gè)功能，可以在系統(tǒng)對(duì)“有源或操作”電路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因而可以事先安排維護(hù)工作，不會(huì)因系統(tǒng)隨機(jī)地停機(jī)而造成不便。把偏移電壓設(shè)計(jì)成不對(duì)稱的，在負(fù)載小的情況下，可以防止輸出產(chǎn)生振蕩，從而提高可靠性。

　?。桑遥担埃埃保舆m合用于以下幾種不同的“有源或操作”和極性反接保護(hù)。

　　●　根據(jù)ＡＴＣＡ規(guī)范，在基礎(chǔ)通信設(shè)備中使用的輸入為－４８Ｖ／－２４Ｖ的“有源或操作”電路，包括使用簡(jiǎn)單的外接充電泵電路的接地“或操作”電路。

　　●　直流－直流轉(zhuǎn)換電源中的輸入極性反相保護(hù)。

　　●　交流－直流整流器中２４Ｖ／４８Ｖ輸出的“有源或操作”電路。

　　●　輸出為１２Ｖ的多路輸出備用直流－直流電源和交流－直流電源。

　　●　為處理器供電的備用電源中多路輸出低壓穩(wěn)壓器（ＶＲＭ）的“有源或操作”電路。

　　在輸出為１２Ｖ的系統(tǒng)中，可以將４個(gè)采用ＤｉｒｅｃｔＦＥＴ封裝的ＩＲＦ６６０９型　ＭＯＳＦＥＴ晶體管并聯(lián)起來(lái)，構(gòu)成能夠處理１００Ａ電流的“或操作”電路。

　　ＩＲ５００１Ｓ可以用于極性相反的電路中，代替尺寸大的Ｄ２Ｐａｋ封裝二極管和價(jià)格高的繼電器。

　?。桑遥担埃埃保邮欠浅＝Y(jié)實(shí)的器件，比較器的兩個(gè)輸入都有電壓鉗制電路，可以連續(xù)地加上１００Ｖ的電壓。此外，它還能夠承受柵極連續(xù)短路的狀態(tài)。ＩＲ５００１Ｓ在偏置電壓方面也很靈活，因而可以直接由電信業(yè)中３６～７５Ｖ的電壓（為１００Ｖ）供電，或者通過(guò)外面的偏壓電源和偏壓電阻器供電。

　　表１是ＩＲ５００１Ｓ的主要技術(shù)指標(biāo)，圖４是其內(nèi)部的電路圖。

　　結(jié)論

　　在“有源或操作”解決方案中，使用國(guó)際整流器公司的ＩＲ５００１Ｓ控制器和驅(qū)動(dòng)器集成電路，對(duì)于現(xiàn)在要求正常工作時(shí)間和服務(wù)質(zhì)素都很高，同時(shí)要求效率高、功率密度很高的系統(tǒng)有很多好處。與使用二極管的“或操作”解決方案相比，使用ＩＲ５００１Ｓ時(shí)，可以減少８５％的功率損失，同時(shí)電路板的空間可以節(jié)?。担埃ァ?duì)于一個(gè)典型的基站，相當(dāng)于總共節(jié)省電力約２００Ｗ。這個(gè)集成電路的響應(yīng)時(shí)間也比市場(chǎng)上其他的“有源或操作”解決方案快兩倍以上，在輸入電源出現(xiàn)故障的情況下，可以有效地保障系統(tǒng)工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很簡(jiǎn)單。