熱插拔控制器

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1、不一樣的熱插拔控制器(圖)作者：美國國家半導體公司NeilGutierrez?　日期：2008-5-13?　來源：本網(wǎng)字符大小：【大】【中】【小】熱插拔的定義是在帶電運行的背板中插入或移除電路板。熱插拔技術已被廣泛應用到電信服務器、USB接口、火線(firewire)和CompactPCI中。這種技術可在維持系統(tǒng)背板的電壓下，更換發(fā)生故障的電路板，并保證系統(tǒng)中其他正常的電路板仍可保持運作。在工作中的背板上進行熱插拔時，最大的風險在于電路板上的電容器會給電源造成一個低阻抗路徑，從而引發(fā)大的浪涌電流。浪涌電流可以損毀電路板上的電容、導線和連接器。此外，系統(tǒng)電壓亦可能會因

2、浪涌電流而下降到系統(tǒng)重置閾值以下，使得其他連接著背板的電路板也無故重置。熱插拔控制器通過控制一個外加FET(見圖1)來限制浪涌電流。此外，這個控制器可在輸出短路到接地或發(fā)生大型負載瞬變的情況下對電流做出限制。設計人員在FET時，通常都認為只要該FET能抵受DC電流負載和最大輸入電壓便足夠。可是，如果控制器發(fā)生故障并且該控制器又是唯一可控制電流的器件，那這類控制器在任何的操作條件下都不能確保FET處于安全運作范圍(SOA)內。本文將比較兩類控制器，一類只具備有電流限制的控制能力，而另一類是可同時擁有功率和電流限制的控制能力熱插拔控制器，如美國國家半導體的LM5069。

3、?圖1LM5069熱插拔控制器控制器圖1所示為LM5069熱插拔控制器。當浪涌電流流經(jīng)傳感電阻器(Rsns)時會被感測到，而控制器只會容許一個預定的最大電壓通過Rsns。假如電壓增加并超過這個最大電壓值時，控制器便會調整柵極電壓，使其維持最大值電流一定的時間。電流限制所容許的最長時間取決于故障檢測電流、故障閾值和外加電容器，并且通過計時器(TIMER)引腳來編程。一旦TIMER到達故障的閾值，控制器便會關閉柵極，同時輸出會脫離系統(tǒng)的輸入電壓。系統(tǒng)欠壓和過壓會分別經(jīng)由UVLO和OVLO引腳上的電阻分壓器而檢測。這個組件可驗證輸入電壓是處于指定范圍，還是高出欠壓閾值或低

4、于過壓閾值。假如輸入電壓在指定范圍以外，那柵極便會關閉。電源正常引腳(PGD)是一個開放漏極輸出。當輸出(VOUT)還有幾伏便到達輸入(VIN)時，開放漏極下拉器件便會被關閉，而PGD會上拉到VOUT電軌。PGD輸出可以用來標簽下游電路以表示VOUT電壓“正?！薄WR引腳上的電阻會決定通過FET的最大功率極限。下文中我們還會詳細討論這個功能。圖2所示為一個只可限制電流的熱插拔控制器，除了過壓和功率限制功能以外，它具備所有LM5069的功能。?圖2只有電流限制的熱插拔控制器MOSFET安全運行范圍（SOA）在熱插拔或短路故障期間控制電流時，外置MOSFET必須保持在

5、SOA范圍內以防止FET發(fā)生故障。圖3所示為Vishay的SUM40N15-38場效應管的SOA曲線。從圖中可見，它的最大漏源極電壓VDS為110V，而在低VDS時，電流會被FET的RDS(on)所限制。圖中所見隨時間量度出來的曲線便是FET的最大能量極限。在SOA曲線上可以畫出一條直線(圖3中的紅線)來表示只有電流限制的控制器。在正常運作時(即VDS低)，電流會被限制到最大5A，而FET亦會在SOA范圍以內。可是，當VDS較大時，控制器的限制仍停留在相同的電流極限，而根據(jù)編程故障時間的長短，F(xiàn)ET有可能走出SOA范圍以外。例如，假如系統(tǒng)的背板電壓是50V，電流限制

6、設置成5A和編程故障時間為40ms時，輸出短路便可能導致FET的運作脫離SOA范圍(圖3中的紅線)。?圖3SUM40N15-38的SOA曲線圖4中的藍色曲線表示同時具有電流和功率限制功能的LM5069。其編程電流限制被設置成5A，而功率限制則被設置成50W，至于故障時間再一次被編程到40ms?，F(xiàn)在，當50V的輸出發(fā)生短路時，組件將不會再在電流限制模式(5A)中工作，取而代之是在功率限制的模式下(50V×1A=50W)。這時，F(xiàn)ET將仍然在10ms的SOA曲線下面，防止FET發(fā)生故障(圖3中的藍色虛線)。同樣地，當一個熱插拔發(fā)生在50V輸出時，功率限制模式將會把FET

7、維持在SOA范圍以內(圖3中的藍色虛線)。當VDS<10V時，組件將會進入電流限制模式，并全程為輸出提供所需的電流負載，以將FET保持在SOA以內。LM5069的功率限制功能只會當通過FET的功率意圖超越50W的編程限制時才會啟動，否則它只通過電流限制功能來控制FET。?圖4電流和功率限制控制和安全運作范圍??試驗數(shù)據(jù)在實驗中，同時為LM5069和電流限制控制器準備應用電路板。兩個組件都同樣具備50V的輸入、5A的電流限制和40ms的故障時間。不過，LM5069則多了一個50W的功率限制功能。兩個應用電路板最后都通過一個負載電阻器將輸出設成短路，從而增加VDS。