ADM4210熱插拔控制器的原理及應用
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“熱拔插”是指將板卡與帶電丁作底板進(jìn)行插拔，即帶電插拔。當板卡插入時(shí)，工作底板已處于穩定T作狀態(tài)，所有電容均被充滿(mǎn)電，而待插人的板卡是不帶電的，板卡的電容沒(méi)有電荷。因此，當板卡與工作底板接觸時(shí)，由于板卡上電容的充電從工作底板電源吸入較大的瞬時(shí)電流。當把帶電的板卡拔出工作底板時(shí)，由于板卡上旁路電容的放電，在板卡與帶電背板間形成一條低阻通路，將產(chǎn)生較大的瞬時(shí)電流。這兩種情況下較大的瞬時(shí)電流。使工作底板電源出現瞬時(shí)跌落．從而引發(fā)底板工作狀態(tài)錯誤。更為嚴重的會(huì )導致連接器、電路元件、電路板的金屬連線(xiàn)等部件或器件的損壞。ADM4210熱插拔控制器，通過(guò)外接一個(gè)N溝道功率場(chǎng)效應管MOSFET和少數外圍元件，即可實(shí)現板卡與帶電工作底板間的安全熱插拔。ADM4210熱捕拔控制器可用于電子設備中工作底板，也可以用于移動(dòng)的板卡。
2 ADM4210結構
2．1 內部結構
ADM4210內部主要結構包括：欠壓鎖定電路，消抖濾波比較器，MOSFET柵極驅動(dòng)器，電流控制環(huán)，延時(shí)斷路器，定時(shí)器等。如圖1所示。
2．2 欠壓鎖定電路
ADM4210工作電壓2．7~16．5 V，欠壓鎖定電路檢查輸入電壓是否足以保證器件正常工作。當輸入電壓低于欠壓鎖定電壓(UALO)，欠壓鎖定電路使ADM4210保持復位，GATE引腳接地，MOSFET斷開(kāi)；當輸入電壓達到工作電壓范圍且0N引腳為高電平，器件啟動(dòng)，同時(shí)0N引腳的外接分壓電阻用來(lái)設置一個(gè)比內部欠壓鎖定高的鎖定電壓。
2．3 消抖濾波比較器
0N為器件使能引腳，連接內部1．3 V門(mén)限的消抖濾波比較器。0N低電平，ADM4210重啟，通過(guò)GATE接地，關(guān)斷外部的MOSFET：0N高電平，器件工作。在插拔電路板時(shí)，內部存在大約3 μs的消抖濾波延時(shí)，0N引腳外接RC濾波電路可延長(cháng)插拔電路板延時(shí)時(shí)間。
2．4 MOSFET柵極驅動(dòng)器
內部電荷泵實(shí)現外部N溝道MOSFET柵極驅動(dòng)，電荷泵給柵極驅動(dòng)器提供12μA的上拉電流。在熱插拔電路板時(shí)，會(huì )突然出現電流浪涌，總線(xiàn)上的電壓下降影響相鄰電路板正常工作，引發(fā)系統故障。MOSFET柵極驅動(dòng)器通過(guò)控制外部MOSFET柵極電壓，最小化故障引發(fā)的總線(xiàn)電壓下落。保護鄰近電路板。在欠壓鎖定模式，通到GATE引腳強大的下拉電路保持GATE引腳低電平，進(jìn)而減小熱插拔時(shí)的浪涌電流。當電路過(guò)流時(shí)，MOSFET柵極驅動(dòng)器電路盡力保持負載恒流直到斷路器響應。
2．5 電流控制環(huán)
ADM4210通過(guò)外部的感應電阻兩端的電壓降監測電路電流，當大電流出現時(shí)，通過(guò)降低外部MOSFET柵極電壓．保持感應電阻兩端壓降50 mV，此電流控制環(huán)響應快速．能有效的控制浪涌電流。
2．6 延時(shí)斷路器
斷路器是一種過(guò)流保護裝置。串接在電源與負載之間。當發(fā)生過(guò)流或短路故障時(shí)，斷路器自動(dòng)跳閘使負載斷開(kāi)電源。電路負載阻抗過(guò)低或短路等情況，感應電阻電流接近電流限制，斷路器定時(shí)器初激活，若電流回落，定時(shí)器復位。當感應電阻電壓降到44 mV以下時(shí)，定時(shí)器關(guān)閉；相反．如果電路過(guò)電流持續，過(guò)流時(shí)間達到斷路器延時(shí)周期，GATE引腳關(guān)閉。
2．7 定時(shí)器
TIMER引腳外接定時(shí)電容CTIMER，控制上電初始化周期、斷路器延時(shí)周期，以及自動(dòng)重試的脈沖周期(針對ADM4210―1)。通過(guò)選擇不同的上拉(5μA、60μA)或下拉電流(2μA、100μA)給TIMER引腳外接的定時(shí)電容充放電，來(lái)控制不同功能周期的時(shí)間長(cháng)短。TIMER引腳內接高低端電壓比較器，TIMER引腳電壓與COMPl(0．2 V)和COMP2(1.3 V)電壓比較實(shí)現上電啟動(dòng)、過(guò)流關(guān)斷、自動(dòng)重試等功能的選擇。
3 引腳功能
ADM4210采用6引腳TSOT封裝，各引腳功能見(jiàn)表l。
4 性能特點(diǎn)
①2．7～16．5V的工作電壓范圍；②提供電路板熱插拔保護；③斷路器跳斷電流限制通過(guò)外部感應電阻可調；④峰故障電流響應快速；⑤電荷泵柵極驅動(dòng)控制外部MOSFET開(kāi)關(guān)：⑥支持故障后自動(dòng)重試模式(ADM4210―1)；⑦支持故障后自動(dòng)鎖斷模式(ADM4210―2)；⑧支持欠壓鎖定。
5 工作原理
板卡與工作底板進(jìn)行熱插拔時(shí)，通過(guò)外接的感應電阻RSENSE監測負載電流，若電路出現過(guò)流、短路故障，ADM4210將降低MOSFET的柵極電壓進(jìn)入限流模式．同時(shí)開(kāi)啟斷路器延時(shí)定時(shí)器，如果限流延時(shí)期滿(mǎn)故障仍未排除。ADM4210將斷開(kāi)外接MOSFET，切斷電路連接。故障后的處理，ADM4210的兩種型號器件略有不同：①ADM4210一l進(jìn)入自動(dòng)重試模式，即故障出現后，器件在重試延時(shí)周期結束時(shí)自動(dòng)重試連接電路，直到故障排除；②A(yíng)DM4210―2則進(jìn)人鎖斷模式，即故障出現后，器件將鎖斷電路連接，直到外部提供復位信號，器件才重新啟動(dòng)連接電路。ADM4210主要工作過(guò)程包括上電啟動(dòng)和故障保護。
5．1 上電啟動(dòng)
上電后，ON引腳為低電平，ADM4210復位，GATE引腳被下拉為低電平，MOSFET斷開(kāi)，TIMER引腳被100μA電流下拉為低電平，當ON引腳升為高電平(大于1．3 V)，如圖2位置2，同時(shí)輸入端電壓高于欠壓鎖定電壓UALO，TIMER引腳低于0.2 V，啟動(dòng)過(guò)程開(kāi)始。內部電路通過(guò)5μA電流給TIMER引腳定時(shí)電容CTIMER充電，當TIMER引腳電壓達到COMP2(1.3 V)，初始化第一階段結束，如圖2位置3，然后改用100μA下拉電流給電容CTIMER放電，直到TIMER引腳電壓低于O．2 V，圖2位置4，初始化過(guò)程結束。啟動(dòng)周期開(kāi)始．TIMER引腳電平繼續降低，GATE引腳被拉為高電平。MOS-FET閉合，電路接通，啟動(dòng)完成。
5．2 故障保護
當感應電阻電壓超過(guò)斷路器的跳斷電壓，定時(shí)電容CTIMER通過(guò)60 μA上拉電流充電，若在TIMER引腳電平達到1.3 V前，感應電阻電壓降到斷路器跳斷電壓以下，定時(shí)電容CTIMER通過(guò)2μA的下拉電流放電，斷路器并不關(guān)斷電路，這樣保證了瞬間過(guò)流不影響電路正常工作。但是，若過(guò)流持續，60μA上拉電流斷續給定時(shí)電容充電，當TIMER的引腳電壓超過(guò)l.3 V，GATE引腳被拉為低電平，外部MOSFET斷開(kāi)電路連接，如圖3所示。
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