集成電路熱插拔電路基礎(chǔ)知識

摘要：有一個防靜電放電保護(hù)系統(tǒng)(ESD)的，浪涌電流，過流，欠壓，過壓很多辦法，并其他權(quán)力的干擾。行業(yè)，公司，或如UL ?，USB接口，電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會?，CSA認(rèn)證，或IEC監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)往往需要電路保護(hù)。本應(yīng)用筆記討論熱插拔集成電路。典型的熱交換電路，并給出不同的熱插拔電路的優(yōu)點(diǎn)是解釋。

　　熱插拔電路的基礎(chǔ)知識

　　熱插拔電路保護(hù)設(shè)備，人員，或兩者兼而有之。有些電源供應(yīng)器，例如，有內(nèi)置和可調(diào)電流限制(在熱交換標(biāo)準(zhǔn)電路)，防止損壞電源和電路是在一個熱交換活動供電。典型的RAID和電信系統(tǒng)對飛行熱交換，交換電路板或磁盤驅(qū)動器的能力。

　　至少，熱交換要求您限制浪涌電流以防止該公司全系統(tǒng)掉電時，大電容負(fù)載通電的可能性。電流限制也有助于減少源電源供應(yīng)量，限制在電氣連接器接觸電弧。其他熱交換的功能包括：低串聯(lián)電阻，斷路器動作，狀態(tài)指示，雙插入點(diǎn)檢測和電源良好信號。

　　保護(hù)像熱抽換元件和集成電路的電路增加了成本，同時增加時間來設(shè)計(jì)和測試系統(tǒng)。盡管如此，這些弊端，必須權(quán)衡較少有形成本(不總是最關(guān)心的一個設(shè)計(jì)師的心)與不受保護(hù)的系統(tǒng)相關(guān)：設(shè)備損壞，系統(tǒng)停機(jī)時間，并造成人身傷害訴訟，更換和維修費(fèi)用，技術(shù)人員的工資。這個名單可以繼續(xù)。

　　對熱抽換功能的引入可以立即讓一小抵消主電源供應(yīng)系統(tǒng)成本。降低浪涌電流的水平，一個電源必須提供允許小濾波電容器和一個更小的電源供應(yīng)。其他好處包括更小尺寸的電線和電路的痕跡，更小，更便宜的電路連接器，并在電源路徑普遍較小的部件。

　　最簡單的限流元件是保險絲，可自行或與其他保障要素的組合使用。由于過電流保險絲是有效的，他們要么要求(獲UL認(rèn)證電路，例如)或作為最后手段的災(zāi)難性故障時保護(hù)包括在內(nèi)。

　　對于標(biāo)準(zhǔn)的保險絲，主要是詆毀是他們一次性使用。另一種是polyfuse，一個類似的裝置，否則身體膨脹和合同根據(jù)通過它的電流流動所產(chǎn)生的熱量。溫度依賴性polyfuse擁有有限的電壓工作范圍，但它可以重置自己的優(yōu)勢是通過標(biāo)準(zhǔn)的保險絲。

　　典型的熱交換電路

　　電容齊納場效應(yīng)管組合

　　阿熱抽換應(yīng)用中常用的電路是電容齊納場效應(yīng)管組合(圖1a和1b)。該電路限制浪涌電流充電跨越柵源第一季度交界的C1。假設(shè)C1是出院時，通電時，電路保持作為一個跨門源路口短效第一季度關(guān)閉。由于C1的收費(fèi)，VGS的增加，使第一季度打開緩慢。 C1的大小和VGS的第一季度第一季度的速度有多快的特點(diǎn)決定打開收費(fèi)的負(fù)載電容(C2的)。

　　圖1a。一個離散“限額齊納場效應(yīng)管”熱插拔電路采用C1的充電率控制開啟Q1的研究。這是顯示在圖1b范圍

　　圖1b。 CH1為負(fù)載電流; CH2的是第一季度柵極電壓。

　　在圖1a齊納二極管ZD1防止第一季度柵源路口不超過其最高評級。 (請注意，在圖1a(± 20V的)太小，承受24V的工業(yè)或48V的電信應(yīng)用。)如果電源循環(huán)迅速VGS電壓最高，負(fù)載電容可以出院，而C1的收費(fèi)仍足以維持在第一季度。這個條件可以減少電流限制功能，允許大電流浪涌電源時恢復(fù)。還有另一個電容齊納場效應(yīng)管的拓?fù)涞娜秉c(diǎn)：目前的限制是積極的，只有在電且僅當(dāng)C1是出院。一旦斷電，電路不能防止過流和短路條件。阿保險絲通常雇用的目的。

　　PNP晶體管和電流檢測電阻

　　另一個熱插拔應(yīng)用(圖2a和2b)電路使用一個PNP晶體管(Q1)和一個電流檢測電阻(R1)，以提供連續(xù)電流感應(yīng)和限制。由于權(quán)力是通過應(yīng)用，電流流R1和第二季度的負(fù)載。電流通過R1 VBE中創(chuàng)造了第一季度的偏置電壓。如果電流足夠大，以第一季度的偏見，然后通過限制第一季度第二季度到負(fù)載傳導(dǎo)通過降低柵源電壓的第二季度。請注意，齊納二極管可在第二季度的柵源交界的圖1a()，以防止對第二季度和第一季度的VCE過電壓擊穿的補(bǔ)充。

　　圖2a。另一個熱插拔電路實(shí)現(xiàn)電流感應(yīng)及2A與PNP晶體管(第一季)限制。這說明了開啟在圖2b波形。

　　圖2b。 CH1為電流; CH2的是第二季度柵極電壓。

　　此電路的優(yōu)點(diǎn)，與圖1a是，目前的限制是始終啟用。這種積極的功能附帶了一個缺點(diǎn)：與負(fù)載系列R1的增加功耗。此外，電流限制可以更改高達(dá)± 20的Q1的VBE中在溫度變化范圍為-40 ° C至+85 ° C的后果%在圖1a(在圖2a，如果將齊納二極管)應(yīng)足夠小，以保護(hù)晶體管，但足以讓場效應(yīng)管其身份證在最低范圍內(nèi)充分傳導(dǎo)的RDS(ON)。

　　優(yōu)勢熱插拔電路

　　集成電路為基礎(chǔ)的熱交換電路提供小型封裝許多功能，他們需要很少的外部元件。圖3a，例如，顯示了低電壓熱插拔應(yīng)用程序，只需要一個電流檢測電阻(R1)和2.7之間的一系列通元操作(第一季度)至13.2V。該電路提供浪涌電流限制(圖3b)和雙過電流故障保護(hù)，而從高振幅電路故障和一個低振幅反應(yīng)遲緩MAX4370組成快速反應(yīng)，破壞性的過電流條件。

　　圖3a。一個IC的熱插拔電路使用MAX4370提供了更好的準(zhǔn)確性和使用的幾部分

　　圖3b。請注意在該啟動波形范圍陰謀ILOAD限制。數(shù)據(jù)生成與MAX4370熱插拔控制器。

　　在MAX4370已連續(xù)電流監(jiān)測，并在圖2a的電路。在MAX4370的版本，但是，具有較好的初始精度和更好的比圖2a離散版本的高溫性能。在圖2a PNP晶體管有一個為2mV /℃，生產(chǎn)范圍內(nèi)為± 120mV時近似輸出溫度偏移變化從-40℃至85℃，25℃起典型VBE中漂移為± 6.5mV和±為慢速和快速電流限制在20mV的比較圖3a MAX4370，但是，展覽的最大漂移。

　　晶體管的VBE中指定很少，但MAX4370有一個電壓跳變點(diǎn)是明確和低得多：50mVTH，這是十二分之一是在0.6V的VBE中。其結(jié)果是一個具有更少的功耗更小檢測電阻。此外，該集成電路為基礎(chǔ)的電路做圖1a和2a的電路不能：

　　利用成本較低的n通道MOSFET

　　提供一個狀態(tài)輸出

　　響應(yīng)低收入和高層次的故障情況

　　提供一個電源控制端子(ON)為負(fù)載控制或針雙卡插入合適的檢測

　　提供自動重試和鎖存故障管理

　　提供的I 2 C兼容接口

　　過溫檢測，并提供熱關(guān)斷

　　支持多電壓系統(tǒng)和喜歡的PCI - Express ?標(biāo)準(zhǔn)的具體應(yīng)用

　　在圖3a MAX4370還作為一所負(fù)載斷電閉鎖故障時，檢測電路斷路器。如果一個應(yīng)用程序需要自動重試或15V的電感，回扣的保護(hù)，您也可以替換一個MAX4272或MAX4273熱插拔控制器。

　　高電壓，集成電路為基礎(chǔ)的熱插拔電路可以節(jié)省電路與離散的空間。阿如MAX5902(圖4a和4b SOT23封裝大小的控制器)從9V至72V操作，只需要一個外部P溝道MOSFET(第一季)的基本操作。該電路無需電流檢測電阻以限制浪涌電流或檢測故障情況。相反，它采用一個電流檢測元件上的一個P溝道MOSFET(第一季)的RDS(ON)。

　　圖4a。一個專門的熱交換，如MAX5902集成電路

　　圖4b。開啟波形說明在2ms/div。數(shù)據(jù)生成與MAX5902。

　　在MAX5902控制器保持MOSFET關(guān)斷電源時首先采用。它認(rèn)為，如果無限期關(guān)閉狀態(tài)的ON / OFF端子舉行低，如果電源電壓低于欠壓鎖定(UVLO)的水平，或者如果芯片溫度超過125℃(是典型值)。如果這些條件都不適用于那些內(nèi)置的導(dǎo)通延遲到期(150毫秒，典型值)時，MAX5902逐步打開第一季度。在此開啟階段，慢慢地提高第一季度控制器，允許對負(fù)載(Q1的漏極電壓)，以增加在典型的9V/ms率。

　　浪涌電流的負(fù)載，因此，有限的水平成正比的負(fù)載電容和不斷轉(zhuǎn)換率：ILIMIT(典型值)= CLOAD × 9V/ms。經(jīng)過第一季度全面加強(qiáng)，負(fù)載電壓為解決它的最終價值，跨季度(ILOAD ×的RDS(ON))是由MAX5902故障監(jiān)測電壓下降。如果電壓降超過斷路器的閾值時，控制器輪流第一季度關(guān)閉，并立即斷開負(fù)載。

　　不像分立元件電路，圖4a電路功能的熱關(guān)斷保護(hù)，UVLO保護(hù)，與在關(guān)機(jī)/ OFF端子，以及一個電源良好(PGOOD)狀態(tài)信號。在MAX5902可帶或不帶斷路器功能，可以用斷路器或自動重試或與一個鎖存關(guān)閉選項(xiàng)。

　　要實(shí)行一個制度，接受- 9V至- 100V的，類似的電信應(yīng)用的48V，MAX5900或MAX5901替代一個熱交換的MAX5902控制器。

　　單芯片為基礎(chǔ)的熱交換控制器可取代許多分立元件和微處理器監(jiān)控IC，它也可以支持多路輸出，并添加排序/跟蹤能力。在MAX5927，一款四熱交換控制器，保護(hù)設(shè)備如便攜式電腦multisupply系統(tǒng)。它允許設(shè)計(jì)人員配置的輸入電壓軌打開/關(guān)閉順序，跟蹤對方，或獨(dú)立運(yùn)作。

　　圖5。單個熱插拔控制集成電路四個多供應(yīng)中的應(yīng)用。

　　在較有幾個軌應(yīng)該受到保護(hù)和具體要求，應(yīng)予以考慮，與分立元件的電路設(shè)計(jì)，是不是一種選擇復(fù)雜的應(yīng)用程序。集成電路為基礎(chǔ)的熱交換控制器為特殊應(yīng)用提供了所需的功能設(shè)計(jì)和控制整個系統(tǒng)的要求。舉例說MAX5915/MAX5916，允許安全插入和去除的PCI ?卡到現(xiàn)場PCI插槽或背板。這些IC提供3.3V，5V或± 12V的獨(dú)立電源控制，輔助和3.3V兩個PCI卡的供應(yīng)問題，很少的外部元件。 MAX5943采用現(xiàn)場提供FireWire端口到一個簡單而又可靠的安全插入和去除的FireWire ?外設(shè)，解決方案。該集成電路僅需要兩個外部MOSFET和檢測電阻器的基本操作，同時它提供了一個完全集成的電源管理應(yīng)用為火線控制。

　　摘要

　　集成電路熱插拔控制器提供超過其離散同行許多優(yōu)點(diǎn)。雖然離散電路成本不到熱交換芯片，他們可以更昂貴的整體系統(tǒng)的魯棒性，停機(jī)時間方面，和修理費(fèi)用。事實(shí)上，更大的主電源和更強(qiáng)大的布線和連接器只是與離散元件相關(guān)的有形部分費(fèi)用。熱插拔IC提供的分立式設(shè)計(jì)缺乏優(yōu)勢：1狀態(tài)輸出，熱關(guān)機(jī)，UVLO和關(guān)機(jī)/關(guān))輸入控制和負(fù)載的電路板插入檢測.