即使是在插入和拔出電路板和卡進行維修或者調(diào)整容量時，任務關(guān)鍵的伺服器和通信設(shè)備也必須能夠不間斷工作。熱插拔控制器 IC 通過軟啟動電源，支持從正在工作的系統(tǒng)中插入或移除電路板，從而避免了出現(xiàn)連接火花、背板供電干擾和電路板卡復位等問題。控制器 IC 驅(qū)動與插入電路板之電源相串聯(lián)的功率 MOSFET 開關(guān) （圖 1）。電路板插入后，MOSFET 開關(guān)緩慢接通，這樣，流入的浪涌電流對負載電容充電時能夠保持在安全水平。
　　
　　圖1：可插入電路板的熱插拔控制器
　　CONNECTORS：連接器
　　BACKPLANE：背板
　　HOT SWAP CONTROLLER：熱插拔控制器
　　當熱插拔電路出現(xiàn)故障時，薄弱環(huán)節(jié)一般在 MOSFET 開關(guān)上，因而可能會損害或破壞熱插拔控制器。MOSFET 出現(xiàn)故障常見的原因是在選件時沒有重視其安全工作區(qū) （SOA）。相反，選擇 MOSFET 時主要考慮了電阻 （RDS（on）） 上漏-源極以及最大漏極電流 （ID（max））?；蛘?，新設(shè)計基于負載電容較小的老款設(shè)計，同樣的 MOSFET 能夠很好的工作。大部分功率 MOSFET 針對低 RDS（on） 和快速開關(guān)進行了優(yōu)化，很多電源系統(tǒng)設(shè)計師習慣面向這些特性來選擇 MOSFET，而 MOSFET 在顯著時間于高損耗開關(guān)狀態(tài)下過渡，卻在電路忽略了 SOA。在 MOSFET 制造商參數(shù)選擇表中沒有 SOA，它并不能幫助。即使是注意到 SOA，由于 SOA 數(shù)據(jù)通常是基于計算而不是測試數(shù)據(jù)，因此，應用的降額或余量并不明顯。
　　MOSFET 安全工作區(qū)
　　SOA 是對 MOSFET 在脈沖和 DC 負載時功率處理能力的衡量。在 MOSFET 產(chǎn)品手冊的圖表中進行了闡述，如圖 2 的實例所示。其 x 軸是 MOSFET 漏-源極電壓 （VDS），而 y 軸是漏極電流 （ID）；兩個軸都使用了對數(shù)坐標。在這張圖中，直線 （每一條代表不同的 tP） 表示恒定 MOSFET 功率。每條線代表了 MOSFET 在某一脈沖寬度 tP 時允許的功耗，tP 的范圍在微秒至無窮大 （DC）。例如，圖中顯示了對于 10ms 脈沖，MOSFET 漏-源極上有 5V 電壓，流過的電流為 50A，計算得到功耗是 250W。同樣脈沖寬度下較低的功耗保證了安全 MOSFET 工作，圖中標注為 10ms 線下面的區(qū)域，這就是 “安全工作區(qū)”。圖的兩端是由接通電阻、漏-源極擊穿電壓、和最大脈沖漏極電流決定。
　　
　　圖 2：PSMN3R4-30BLE N 溝道 MOSFET 的安全工作區(qū)
　　為什么 SOA 對于熱插拔應用非常重要？
　　電路中采用的大部分功率 MOSFET 都能夠快速接通和關(guān)斷，以納秒的時間處于高損耗轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在這類應用中，SOA 并不是主要問題。相反，SOA 對于熱插拔電路是非常重要，提供了輸入浪涌電流控制 （軟啟動）、限流和電路斷路器功能。要理解這一點，請看熱插入電路板的啟動波形 （圖 3a）。當電路板插入到 12V 背板電源時，熱插拔控制器等待連接器接觸反彈完成，隨后軟啟動 MOSFET 柵極。然后，輸出電壓跟隨并在 40ms 內(nèi)達到 12V。在這一軟啟動期間，會有 200mA 的電容充電電流流過 MOSFET，而其漏-源極電壓從 12V （= 12VIN ? 0VOUT） 幾乎降至 0V （= 12VIN ? 12VOUT）。在負載上出現(xiàn)短路時 （圖 3b），控制器將 MOSFET 上的電流限制在 6A，電壓為12V （= 12VIN ? 0VOUT）。這一 72W 功耗狀態(tài)持續(xù) 1.2ms，直至電路斷路器定時器計時結(jié)束。在啟動浪涌和限流等狀態(tài)中，需要熱插拔 MOSFET 處理持續(xù)數(shù)百微秒至數(shù)十毫秒的顯著功耗，應注意其 SOA 性能。