分流電阻器 RS - 空間受限型應(yīng)用中的PMBus熱插拔電路介紹

分流電阻器 RS
使用一個(gè) 2 mΩ 分流電阻器以后，LM25066 可提供 12.5A 的主動(dòng)電流限制（25 mV典型電流限制閾值電壓），并且精確度為 ±8%。因此，電流限制設(shè)置為額定滿負(fù)載電流的 125%。快速作用斷路器功能設(shè)置為 22.5A （45 Mv 典型斷路閾值電壓）。
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Vishay WSL1206-18 系列分流電阻器擁有 1% 容限和 275 ppm 電阻溫度系數(shù)。全部0.5W 額定功率可用于 70°C 額定溫度，但后續(xù)線性降低至 170°C。10A 時(shí)的分流器功耗為 0.2W。
熱插拔控制器 U1
LM25066 有一個(gè) I2C/SMBus 接口（使用 SCL、SDA/SMBA 和地址引腳連接）和一個(gè) PMBus 兼容型指令結(jié)構(gòu)，以幫助執(zhí)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)配置和遙測(cè)。利用三個(gè)地址引腳，設(shè)置 PMBus 地址。分別使用 1% 和 2% 精確度測(cè)量電壓、電流和功率遙測(cè)。一個(gè)二極管連接的晶體管溫度傳感器，幫助輕松、精確地進(jìn)行 MOSFET 溫度測(cè)量。
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TVS, Z1
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電流中斷期間的電流轉(zhuǎn)換速率達(dá)到 100A/μs 甚至更大，因此輸入功率通路中的電源軌總線結(jié)構(gòu)不可避免地存在寄生電感。存儲(chǔ)于該電感中的能量傳輸至電路中其他組件，以產(chǎn)生過(guò)電壓動(dòng)態(tài)行為。這種電感式電壓過(guò)沖，會(huì)損害熱插拔 MOSFET、熱插拔控制器和下游電路的可靠性，除非對(duì)其進(jìn)行正確的控制。按照?qǐng)D 3 所示，使用一個(gè)快速響應(yīng)的單向 TVS 二極管，連接 VIN 和 GND。它主要充當(dāng)需要中斷的差模電流的分流通路。
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制約 TVS [4] 的一些因素包括電氣性能、組件體積和成本。一般而言，TVS 平衡電壓 VR 等于或者大于 DC 或者連續(xù)峰值工作電壓電平。斷路事件期間承受峰值脈沖電流的 TVS 鉗位電壓 VC(MAX)，應(yīng)低于 MOSFET 和控制器的絕對(duì)最大額定電壓。另外，更高額定功率的 TVS 擁有更大的電壓開(kāi)銷，因?yàn)樗膭?dòng)態(tài)阻抗更低。因此，如果要求有更尖利的曲線圖拐點(diǎn)，則相比只根據(jù)峰值功率規(guī)范選擇的一般強(qiáng)制規(guī)定，選擇更大的 TVS 要更加有利一些。
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輸入電壓范圍為 12V±10% 時(shí)，選擇 15V Vishay Esmp 系列 TVS。該器件有一個(gè)陽(yáng)極和兩個(gè)陰極連接。1.1 mm 的小體積，讓它能夠安裝在 PCB 的底部。
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輸入電容器 CIN
因其可以降低輸入阻抗并提供去耦功能，本地輸入旁路電容有一定的作用，但在熱插拔期間插入插件卡時(shí)對(duì) CIN 充電的脈沖電流一般會(huì)損害電容器的可靠性，因此這種電容并不怎么實(shí)用。當(dāng)電容器位于熱插拔電路前面時(shí)，許多 OEM 廠商將其看作為一個(gè)系統(tǒng)級(jí)可靠性問(wèn)題，因此一般不會(huì)安裝這種電容器。
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PCB 布局
圖 5 顯示了一種緊湊、高密度的電路 PCB 布局。圖 6 顯示了該模塊的照片。熱插拔解決方案共占用 300 mm2 的 PCB 面積。TVS 和可選無(wú)源組件均位于 PCB 的底部。柵極線路和分流檢測(cè)線路均短路，并且未使用輸入去耦電容器。使用表面貼裝端接，將電源和信號(hào)連接至主板。
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圖 5 熱插拔電路 PCB 布局
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基本組件位于頂部，內(nèi)部各層主要構(gòu)成并行接地層，用于散熱和降低傳導(dǎo)損耗。TVS 和各種可選組件位于底部。散熱過(guò)孔位于 MOSFET 漏極板和 TVS 陰極上，連接至內(nèi)部各層。請(qǐng)記住，表面貼裝組件焊接的 PCB 作為散熱的主要方法。同樣，產(chǎn)生熱的一些組件，可以利用 ?PC B層內(nèi)已經(jīng)有的一些銅質(zhì)多邊形材料、層和熱過(guò)孔來(lái)提高其熱特性。使用邊緣端接將模塊化電路板連接至主板，還可以幫助散熱。如果重復(fù)脈沖鉗制期間出現(xiàn)通過(guò)MOSFET穩(wěn)態(tài)功耗和/或 TVS 功耗，則板級(jí)散熱設(shè)計(jì)變得尤為重要。這種熱插拔控制器設(shè)計(jì)，通過(guò)在出現(xiàn)故障時(shí)鎖住電路或者在檢測(cè)到故障以后后續(xù)“重試”開(kāi)始時(shí)提供足夠長(zhǎng)的暫停時(shí)間，使這一問(wèn)題得到緩解。
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圖 6 熱插拔模塊照片