+12V ATCA ORing二极管设计
安森美半导体 Sue Nee / Alan Ball
本文将讨论选择ORing二极管时的一些考虑因素。参见图1不带输入功率耦合二极管的ATCA板级功率转换中的ORing二极管。
冗余 48 Vdc输入总线由两个隔离的直流/直流转换器转换为一个 +12 Vdc分布式总线。然后，此总线为负载转换器点送电，该转换器根据负载要求提供合适电压。如果这些直流/直流转换器发生故障，和故障电源串连的ORing 二级管必须快速阻塞或关断。快速和"软"关断保证+12 Vdc分布式总线电压不会降得太低，而且不需要加大电容器组来保持总线电压。过低降压点定义为降到POL转换器开始不能稳压时的值。关断波形急剧上升会引起EMI过大。任何一个上述问题都会引发系统故障。加大电容器组会增加额外的成本，而且会占据印刷电路板的空间。良好的设计应具有最小的电源保持电容。
+12V ORing二极管的要求是：
I正向 max=功率max/V分布 mini
=200W/10.8V=18.5A
（假设+12Vdc分布式总线的调整率为 10%）
要获得额外的设计余量，可规定ORing二极管阻塞能力为20 Vdc，最大载流为20A。
肖特基二极管解决方案
要获得ORing功能，最简单的解决方案是使用肖特基二极管。一些供应商甚至提供了低VF或ORing肖特基二极管，65PQ015是其中一种。图2最大正向压降特性表明在IF=20 A和Tj=25 C时，VFM约为0.3V。
这个肖特基ORing二极管的功耗为：
P损耗Max=VFMxIF=0.3Vx20A=6W
但是，ORing二极管应关断的漏电流情况又如何呢？如果直流/直流电源供电为13.2V，而被反向偏置ORing二极管阻塞时的直流/直流电源是11.8V，则关断的ORing二极管上加有2.4V的反向电压。
最精确的数据表规定，关断的ORing二极管最大反向漏电流的条件是VR=5V且TJ=125C。在这种情况下，最大漏电流是1.2A。
这将是在最差条件下关断肖特基二极管的功耗：
IRMxVR =1.2Ax2.4V=2.88W
因此，肖特基ORing解决方案的总损耗是每块板：
6+2.88= 8.88W
集成ORing二极管解决方案
安森美半导体的NIS6111是一个混合ORing二极管，参见图3 NIS6111框图。该集成ORing二极管在IF = 20A时VF = 0.124V。它的正向导通损耗是0.124Vx20A=2.48W。因为ORing二极管用于门驱动，可以并联一个额外的MOSFET，进一步降低 VF。（并联相同的MOSFET以与特性相匹配是一个好的做法。内置的MOSFET是NTD110N02，）参见图4等效电路表示。
并联NTD110N02之后，导通功率损耗变为0.062Vx20A=1.24W。因为这是一个集成器件，内部的模拟电路的最大偏置电流为4mA。最大的偏置功耗是4 mA xVAnode=4 mA x13.2V=53mW。加到浮电荷泵器件的最大功率是36 mW。浮电荷泵采用+12 VDC总线作为输入并且将其升高10V，送到NIS6111的Vregin引脚，所以总导通功耗是1.33W。
集成ORing二极管的反向漏电流在TJ=150C和VR=24V时是10 A。那么，关断集成ORing二极管的功耗是2.4V x 10 A = 24 W。对于1.33W的导通二极管，增加的功耗可以忽略。
小结
从设计便利性考虑，肖特基解决方案是更简单的解决方案。但是，考虑到16插槽的机架，ORing肖特基二极管造成的总功耗将达到142W。用集成 ORing二极管NIS6111，加上额外的MOSFET，可将ORing损耗减小到21.3W。集成了ORing控制器和MOSFET并且将其特性化，将为ATCA电源设计师提供了最新最简单的解决方案。
本文摘自《世界电子元器件》
