通過LTC4217提高熱插拔性能并節(jié)省設(shè)計(jì)時間

LTC4217 熱插拔控制器以一種受控方式打開和關(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。它通過將控制器、MOSFET 和檢測電阻器集成到單個 IC 中，簡化了熱插拔系統(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顯著優(yōu)勢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2A規(guī)格。

該集成解決方案還通過優(yōu)化 MOSFET 和檢測電阻連接來簡化布局問題。浪涌電流、電流限制閾值和超時無需外部元件即可設(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，并包括一個溫度和電流監(jiān)視器。MOSFET 通過使用限時折返電流限制和過熱保護(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，或者通過幾個額外的外部組件來設(shè)置，以用于具有特殊要求的應(yīng)用。

監(jiān)控場效應(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，同時提供與 MOSFET 溫度成比例的電壓。這允許外部電路預(yù)測可能的故障并關(guān)閉系統(tǒng)。

MOSFET 中的電流通過檢測電阻，檢測電阻上的電壓轉(zhuǎn)換為電流，電流源出 I星期一針。從 I 開始的增益為 50μA星期一用于 1A 的 MOSFET 電流。輸出電流可利用外部電阻器轉(zhuǎn)換為電壓，以驅(qū)動比較器或ADC。I 的電壓順從性星期一引腳從 0V 到 （INTV抄送– 0.7V）。

MOSFET 溫度與 I 上的電壓線性對應(yīng)設(shè)置引腳，溫度曲線如圖1所示。在室溫下，該引腳上的開路電壓為0.63V。此外，當(dāng)控制器管芯溫度超過145°C時，過熱關(guān)斷電路關(guān)斷MOSFET，當(dāng)溫度降至125°C時再次導(dǎo)通。

圖1.V艾賽特與溫度的關(guān)系

12V 應(yīng)用

圖 2 示出了采用默認(rèn)設(shè)置的 4217V 熱插拔應(yīng)用中的 LTC12-12。唯一需要的外部元件是 INTV 上的電容器抄送針。電流限制、浪涌電流控制和保護(hù)定時器在內(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，使用來自 V 的內(nèi)部電阻分壓器DD電源用于驅(qū)動 UV 和 OV 引腳。UV 條件發(fā)生在 VDD低于9.23V;當(dāng) V 時 OVDD超過15.05V。

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，必須滿足幾個條件。首先是VDD電源超過其 2.73V 欠壓鎖定電平和內(nèi)部生成的 INTV抄送交叉2.65V。接下來，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通過一個受控的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.電源開啟

為了進(jìn)一步降低浪涌電流，通過在柵極到地之間添加一個斜坡電容器（帶有0k串聯(lián)電阻器），使用比默認(rèn)3.1V/ms更淺的電壓斜坡。

當(dāng) OUT 接近 V 時DD電源時，電源良好指示燈 （PG） 變?yōu)榛顒訝顟B(tài)。電源良好的定義是FB引腳上的電壓超過1.235V，而GATE引腳為高電平。FB 引腳通過 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10.5V門限，柵極至輸出電壓超過4.2V，PG引腳停止拉低，表示電源良好。一旦 OUT 達(dá)到 VDD電源，柵極斜坡，直到箝位在高于輸出的 6.15V。

LTC4217 具有一個具有折返功能的可調(diào)電流限值，可針對短路或過負(fù)載電流提供保護(hù)。默認(rèn)電流限值為 2A，可通過在 I 之間放置一個電阻來調(diào)節(jié)更低電流設(shè)置引腳和接地。為防止在有功電流限制期間開關(guān)功耗過大，可用電流會根據(jù)FB引腳檢測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)限流電路接合的時間超過定時器設(shè)置的延遲時，就會發(fā)生過流故障。將定時器引腳綁定到國際電視抄送將器件配置為使用預(yù)設(shè)的2ms過流超時和100ms冷卻時間。冷卻100ms后，如果過流故障已清除，則允許開關(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 4217 所示的 LTC5 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 0.24V/ms 降低至 0.3V/ms，以降低浪涌電流。

The 20k I設(shè)置電阻器與內(nèi)部 20K 電阻器形成電阻分壓器，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中的圖表顯示電流限制閾值為I設(shè)置電阻器各不相同。

圖6.限流調(diào)整

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

本例在 I 上放置一個 20k 電阻星期一引腳用于將電流監(jiān)視器輸出的增益設(shè)置為每安培 MOSFET 電流 1V。

而不是將定時器引腳連接到 INTV抄送引腳 對于一個默認(rèn)的 2ms 過流超時，一個 0.47μF 外部電容器用于設(shè)置 5.7ms 超時。在過流事件期間，外部定時電容器以 100μA 的上拉電流充電。如果電容器上的電壓達(dá)到 1.2V 門限，則 MOSFET 關(guān)斷。定時電容器值的設(shè)定公式如下：

當(dāng) MOSFET 處于冷卻狀態(tài)時，LTC4217 會對定時電容器放電。當(dāng)電容電壓達(dá)到0.2V時，啟動內(nèi)部100ms定時器。在此冷卻期之后，故障被清除（使用自動重試時），并允許MOSFET再次導(dǎo)通。

當(dāng)將斷路器超時延長至2ms以上時，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，會出現(xiàn)最糟糕的功耗。當(dāng)電流為1A且電壓為12V或6V的一半時，就會發(fā)生這種情況（參見圖4，0.7V時的FB引腳）。在這種情況下，功率為 6W，這決定了最長時間為 100ms（圖 7，在 6V 和 1A 時）。

圖7.場效應(yīng)管單離子堿性波動曲線

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 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、過流故障定時器和電流限制閾值，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