熱插拔電路主要用于高可用性系統，例如數據中心和電信基礎設施。在高可用性系統中采用熱插拔電路時，即使需要更換或添加組件以維持系統運行，系統也不會中斷運行。

對于電信服務器應用而言，高功率和高冗余至關重要，此時就需要熱插拔控制器來調控浪涌電流。在電信服務器應用中，背板終端電壓主流為48V和12V。在典型的12V背板系統中，由冗余電源組成，每個電源通過Oring MOSFET與并聯的熱插拔模塊相連。MOSFET在熱插拔應用中扮演著核心角色； 本文將依據ADI公司的12V ADM1278熱插拔電路評估MOSFET的行為。

圖1顯示熱插拔過程中通常會產生較大的瞬態電流（可達數百安培），用于給輸出電容充電，這就要求MOSFET在線性工作模式下具備強大的SOA能力。

圖｜多模塊電信服務器熱插拔應用

當熱插拔模塊（如圖2所示）插入12V背板時，控制器的GATE引腳會向MOSFET的柵極以及外部的Rgate和Cgate提供恒定的24uA電流Ig。一旦GATE電壓達到MOSFET的閾值電壓VT，由于GATE引腳與Vout節點之間的Cgs電壓將保持不變,Ig僅會對外部的Cgate和MOSFET內部的Crss進行充電。這與開關電源中MOSFET的密勒平臺效應相似。

圖｜熱插拔電路原理圖

輸出電容CL所引起的浪涌電流Iin可由下列方程（1、2）表示：其中'n'代表并聯的MOSFET數量。

與傾向于低Qgd的開關電源應用不同，在熱插拔應用中，較大的Qgd有助于減小浪涌電流。另一方面，浪涌電流還取決于并聯MOSFET的數量、輸出電容CL的值以及負載電流。并聯MOSFET越少，輸出電容越大，則MOSFET承受的浪涌電流應力越大。以下是不同情況下AOS熱插拔評估板上的測試波形。圖3a顯示，較大的CL會導致更大的浪涌電流（綠色曲線），而圖3b則表明，并聯MOSFET數量的增加會減少總浪涌電流（綠色曲線）。

圖3a｜空載及不同輸出CL下的啟動波形對比

圖3b｜空載、相同CL 50μF、不同并聯數MOSFET的啟動波形對比

電信-服務器熱插拔應用通常涉及較大供電電流；因此，低Rdson的MOSFET是最優選擇。為了確保系統在啟動和短路條件下的穩健性，MOSFET在線性工作模式下承受高電壓和電流應力時，需要有較大的安全工作區（SOA）。

圖4顯示，由于相對較大的Crss，AONS32310的浪涌電流低于競品。這有利于放寬系統對浪涌電流的限制設置，而較低的Rdson意味著更高的整體效率。即便輸出電容值和輸入電壓增加，AONS32310仍能正常工作，而同類競品則無法工作。

圖 4｜空載、相同CL 70μF的啟動波形對比

圖5重現了一種最惡劣情況：MOSFET處于導通狀態且溫度達到100°C的熱平衡點。此時，熱插拔控制器會進行復位，重新開啟MOSFET，而MOSFET處于較高溫度（100°C）。

圖5｜在100°C暗室中相同50μF CL的空載啟動波形對比

這些最惡劣條件測試結果表明了：與競品相比，AOS的MOSFET在熱插拔應用中更加穩健可靠。由于MOSFET上耗散的能量幾乎等于輸出CL中儲存的能量，AOS建議使用下面方程來評估SOA能力的穩健性。

另一方面，如果采用相同的浪涌電流限制，AONS32100將表現出與競品C幾乎相同的啟動波形，但需調整外部的Cgate和Rgate。在熱插拔應用中，Ciss不會影響線性模式下的柵極電壓。MOSFET已完全導通，柵極電壓的最小延遲不會影響系統的效率和性能。

即使是頂級MOSFET也無法承受故障條件，比如幾秒鐘的輸出短路。因此，熱插拔控制器需要通過檢測電流和電壓應力來盡快關斷MOSFET。Analog Devices的ADM1278具備過流和過功率保護功能。在過功率情況下，控制器不會關斷MOSFET，直至故障定時器電壓達到1V的故障閾值。該定時器可根據MOSFET的SOA設定，讓設計人員能夠靈活選擇符合系統需求的MOSFET，并避免在啟動和瞬態期間不必要的關斷。圖6展示了一系列基于AOS評估板的OCP和OPP事件。從波形可以看出，在最壞情況下，AONS32100在線性工作模式下可以承受42A / 9V超過20ms的短路故障。

圖6｜短路條件及保護

目前，為滿足社會發展日益增長的數據處理需求和網絡通信的穩定性要求，數據中心、電信基礎設施和存儲系統服務器正朝著更高功率密度、更高效率、增強冗余和容錯能力和安全性等方向發展。熱插拔技術對于保持服務器的持續運行和減少停機時間至關重要，尤其是在需要24/7不間斷服務的環境中。對于即使在最惡劣情況下也要確保高可用性的熱插拔應用，選擇穩健的MOSFET至關重要。高SOA和低Rdson有助于提高效率，增強系統的魯棒性。

針對服務器48V輸入電壓的熱插拔和緩啟動的應用需求，AOS 特別優化了MOSFET的電氣性能及封裝，即將正式推出TOLL封裝的解決方案-AOTL66935，其具有高度強壯的線性模式區SOA能力，以及1.9mΩ Rds(on)_max的低導通電阻，可減少功率損耗和散熱需求，符合日益嚴格的能效標準; 同時TOLL 封裝也能夠進一步提升散熱性能，有更高的可靠性，耐用性強，適合長時間運行在服務器環境中。