利用集成熱插拔控制器提高熱插拔性能并節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間

LTC4217 熱插拔控制器以一種受控方式打開(kāi)和關(guān)閉電路板的電源電壓，從而允許該電路板安全地插入和拔出帶電背板。毫不奇怪，這通常是熱插拔控制器所做的事情，但 LTC4217 具有一種特性，使其優(yōu)于其他熱插拔控制器。它通過(guò)將控制器、MOSFET 和檢測(cè)電阻器集成到單個(gè) IC 中，簡(jiǎn)化了熱插拔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這節(jié)省了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，否則需要花費(fèi)在選擇最佳控制器/MOSFET 組合、設(shè)置電流限值以及仔細(xì)設(shè)計(jì)布局以保護(hù) MOSFET 免受過(guò)度功耗的影響上。

與分立解決方案相比，集成解決方案的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是電流限制精度是眾所周知的。在分立式解決方案中，電流限值的總體精度是增加貢獻(xiàn)元件容差的函數(shù)，而在LTC4217中，它顯示為單個(gè)2A規(guī)格。

該集成解決方案還通過(guò)優(yōu)化 MOSFET 和檢測(cè)電阻連接來(lái)簡(jiǎn)化布局問(wèn)題。浪涌電流、電流限制閾值和超時(shí)無(wú)需外部元件即可設(shè)置為默認(rèn)值，或使用電阻器和電容器輕松調(diào)整，以更好地適應(yīng)各種應(yīng)用。該器件能夠覆蓋 2.9V 至 26.5V 的寬電壓范圍，并包括一個(gè)溫度和電流監(jiān)視器。MOSFET 通過(guò)使用限時(shí)折返電流限制和過(guò)熱保護(hù)保持在安全工作區(qū) （SOA）。

LTC4217 可方便地應(yīng)用于其基本配置，或者通過(guò)幾個(gè)額外的外部組件來(lái)設(shè)置，以用于具有特殊要求的應(yīng)用。

監(jiān)控場(chǎng)效應(yīng)管

LTC4217 具有 MOSFET 電流和溫度監(jiān)視功能。電流監(jiān)視器輸出與 MOSFET 電流成比例的電流，同時(shí)提供與 MOSFET 溫度成比例的電壓。這允許外部電路預(yù)測(cè)可能的故障并關(guān)閉系統(tǒng)。

MOSFET 中的電流通過(guò)檢測(cè)電阻，檢測(cè)電阻上的電壓轉(zhuǎn)換為從 IMON 引腳源出的電流。對(duì)于 1A 的 MOSFET 電流，IMON 的增益為 50μA。輸出電流可利用外部電阻器轉(zhuǎn)換為電壓，以驅(qū)動(dòng)比較器或ADC。IMON引腳的電壓順從范圍為0V至（INTVCC – 0.7V）。

MOSFET 溫度與 ISET 引腳上的電壓呈線性對(duì)應(yīng)，溫度曲線如圖 1 所示。在室溫下，該引腳上的開(kāi)路電壓為0.63V。此外，當(dāng)控制器管芯溫度超過(guò)145°C時(shí)，過(guò)熱關(guān)斷電路關(guān)斷MOSFET，當(dāng)溫度降至125°C時(shí)再次導(dǎo)通。

圖1.V艾賽特與溫度的關(guān)系

圖 2 示出了采用默認(rèn)設(shè)置的 12V 熱插拔應(yīng)用中的 LTC4217-12。唯一需要的外部元件是 INTVCC 引腳上的電容器。電流限制、浪涌電流控制和保護(hù)定時(shí)器在內(nèi)部設(shè)定為保護(hù)集成 MOSFET 的水平。輸入電壓監(jiān)視器預(yù)設(shè)為 12V 電源，使用 VDD 電源的內(nèi)部電阻分壓器來(lái)驅(qū)動(dòng) UV 和 OV 引腳。當(dāng)VDD低于9.23V時(shí)，就會(huì)發(fā)生紫外線條件;VDD 超過(guò) 15.05V 時(shí)的 OV。

圖2.12V、1.5A卡駐留應(yīng)用

LTC4217 以受控方式接通和關(guān)斷電路板的電源電壓，從而允許該電路板安全地插入帶電背板或從帶電背板上拔出。在內(nèi)部 MOSFET 導(dǎo)通之前，必須滿足幾個(gè)條件。首先，VDD 電源超過(guò)其 2.73V 欠壓閉鎖電平，內(nèi)部生成的 INTVCC 跨越 2.65V。接下來(lái)，UV和OV引腳必須指示輸入功率在可接受的范圍內(nèi)。必須在 100ms 的持續(xù)時(shí)間內(nèi)滿足這些條件，以確保插入期間的任何觸點(diǎn)反彈都已結(jié)束。

然后，MOSFET通過(guò)一個(gè)受控的0.3V/ms柵極斜坡導(dǎo)通，如圖3所示。輸出電容器的電壓斜坡跟隨柵極斜坡的斜率，從而將電源浪涌電流設(shè)置為：

圖3.電源開(kāi)啟

o 進(jìn)一步降低浪涌電流，通過(guò)在柵極到地之間添加一個(gè)斜坡電容器（帶有 1K 串聯(lián)電阻器），使用比默認(rèn) 0.3V/ms 更淺的電壓斜坡。

當(dāng) OUT 接近 VDD 電源時(shí)，電源良好指示器 （PG） 變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。電源良好的定義是FB引腳上的電壓超過(guò)1.235V，而GATE引腳為高電平。FB 引腳通過(guò) OUT 引腳的內(nèi)部電阻分壓器監(jiān)視輸出電壓。一旦OUT電壓超過(guò)10.5V門(mén)限，柵極至輸出電壓超過(guò)4.2V，PG引腳停止拉低，表示電源良好。一旦輸出到達(dá)VDD電源，柵極斜坡上升，直到箝位在高于OUT的6.15V。

LTC4217 具有一個(gè)具有折返功能的可調(diào)電流限值，可針對(duì)短路或過(guò)負(fù)載電流提供保護(hù)。默認(rèn)電流限值為 2A，可通過(guò)在 ISET 引腳和地之間放置一個(gè)電阻來(lái)調(diào)節(jié)更低的電流限值。為防止在有功電流限制期間開(kāi)關(guān)功耗過(guò)大，可用電流會(huì)根據(jù)FB引腳檢測(cè)到的輸出電壓而減小，如圖4所示。

圖4.電流限制閾值折返

當(dāng)限流電路接合的時(shí)間超過(guò)定時(shí)器設(shè)置的延遲時(shí)，就會(huì)發(fā)生過(guò)流故障。將TIMER引腳連接至INTCCC可將器件配置為使用預(yù)設(shè)的2ms過(guò)流超時(shí)和100ms冷卻時(shí)間。冷卻100ms后，如果過(guò)流故障已清除，則允許開(kāi)關(guān)再次導(dǎo)通。將UV引腳置于0.6V以下，然后調(diào)高即可清除故障。將FLT引腳連接到UV引腳可使器件自行清除故障，并在冷卻100ms后再次導(dǎo)通。

可編程功能

圖 5 所示的 LTC4217 應(yīng)用演示了可調(diào)特性。

圖5.0.8A、12V 卡駐留應(yīng)用

UV和OV電阻分壓器設(shè)置欠壓和過(guò)壓關(guān)斷閾值，而FB分壓器確定電源良好跳變點(diǎn)。GATE 引腳上的 R-C 網(wǎng)絡(luò)將柵極斜坡從默認(rèn)的 0.3V/ms 降低至 0.24V/ms，以降低浪涌電流。

20k ISET 電阻器與內(nèi)部 20k 電阻形成一個(gè)電阻分壓器，以將電流限制閾值（折返前）降低到 1A 電流限制的原始閾值的一半。圖6中的圖表顯示了ISET電阻隨變化時(shí)的電流限制閾值。

圖6.限流調(diào)整

與前面的應(yīng)用一樣，UV和FLT信號(hào)連接在一起，以便器件在關(guān)斷后自動(dòng)重試導(dǎo)通，以解決過(guò)流故障。

本例在IMON引腳上放置一個(gè)20k電阻，將電流監(jiān)視器輸出的增益設(shè)置為每安培MOSFET電流1V。

不是將TIMER引腳連接到INTCCC引腳以獲得默認(rèn)的2ms過(guò)流超時(shí)，而是使用一個(gè)外部0.47μF電容來(lái)設(shè)置5.7ms超時(shí)。在過(guò)流事件期間，外部定時(shí)電容器以 100μA 的上拉電流充電。如果電容器上的電壓達(dá)到 1.2V 門(mén)限，則 MOSFET 關(guān)斷。定時(shí)電容器值的設(shè)定公式如下：

當(dāng) MOSFET 處于冷卻狀態(tài)時(shí)，LTC4217 會(huì)對(duì)定時(shí)電容器放電。當(dāng)電容電壓達(dá)到0.2V時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)部100ms定時(shí)器。在此冷卻期之后，故障被清除（使用自動(dòng)重試時(shí)），并允許MOSFET再次導(dǎo)通。

當(dāng)將斷路器超時(shí)延長(zhǎng)至2ms以上時(shí)，考慮MOSFET的安全工作區(qū)域非常重要。LTC4217 中使用的 MOSFET 的 SOA 圖如圖 7 所示。當(dāng)折返電流限值的電壓與電流曲線達(dá)到最大值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最糟糕的功耗。當(dāng)電流為1A且電壓為12V或6V的一半時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況（參見(jiàn)圖4，0.7V時(shí)的FB引腳）。在這種情況下，功率為 6W，這決定了最長(zhǎng)時(shí)間為 100ms（圖 7，在 6V 和 1A 時(shí)）。

圖7.場(chǎng)效應(yīng)管單離子堿性波動(dòng)曲線

結(jié)論

LTC4217 的主要作用是控制熱插入并提供電子斷路器功能。此外，該器件還包括對(duì) MOSFET 的保護(hù)，重點(diǎn)是 SOA 合規(guī)性、熱保護(hù)和精確的 2A 電流限制。由于具有可調(diào)浪涌電流、過(guò)流故障定時(shí)器和電流限制閾值，它還適用于各種應(yīng)用。高集成度使得 LTC4217 易于使用，而且用途廣泛。

審核編輯：郭婷