3 為 48V AI 伺服器設計熱插拔電路時所面臨的挑戰

觀察熱插拔電路配置多年來的演進過程十分有趣。熱插拔解決方案由三個主要元件組成：用作主電源控制開關的 N 通道金屬氧化半導體場效電晶體 (MOSFET)；測量電流的感測電阻器；以及熱插拔控制器，其中包括完成迴路以控制 MOSFET 的導通電流的電流感測放大器。

如 圖 2 所示，您可針對低功耗設計使用單一 MOSFET 架構的熱插拔解決方案。從根本而言，熱插拔控制器具有電流和功率限制功能，可限制突波電流和故障電流，同時確保 MOSFET 的安全工作區 (SOA)。這些功能十分實用，足以設計低功耗 (<500W) 熱插拔解決方案。

隨著數位負載的增加，系統需要更高的輸出電容 (>470µF)，需要並聯 MOSFET 來支援就緒狀態電流，並採用輸出電壓轉換速率控制 [1] 以使 MOSFET 保持在其 SOA 內。

在輸出電壓轉換速率控制方法中，位於 GATE-GND 上的電容器 C_dv/dt（請參閱圖 3）會限制閘極電壓轉換速率和輸出電壓，以限制突波電流。當 MOSFET 中的功率耗散減少並分散至更長的持續時間時，MOSFET 即可處理更多的能量。因此，隨著輸出電容增加，您需要更高的 C _dv/dt 來降低啟動期間 MOSFET 的突波電流和功率耗散。

較高的 Cdv/dt 會干擾關閉程序，然而熱插拔控制器的下拉強度卻有限。這就需要一個局部「P 通道 - N 通道 - P 通道」(PNP) 的放電電路來進行 Cdv/dt，如 圖 4 所示。在啟動期間，Cdv/dt 會以相同方式控制電壓轉換速率，但在關閉事件期間，Q1 PNP 電晶體會局部啟動 C_dv/dt 並進行放電。二極體 D1 可將 Cdv/dt 放電阻斷至閘極接腳，以減少閘極接腳上的應力，同時確保控制器正常運作。

在 AI 支援的圖形處理單元應用中，熱插拔解決方案必須支援約 150A 的電流，並且必須支援高頻、高轉換速率負載暫態，而這將帶來三個全新的挑戰。