構建低電壓負電源熱插拔電路的三種方案

考慮到市場(chǎng)上的許多熱插拔IC不能支持負電源設計，本文討論了三種構建低電壓負電源熱插拔電路的解決方案。其中兩種方案需要配合正電源使用，而第三種方案可以用于僅有負電源供電的系統。

類(lèi)似文章發(fā)表于2008年7月的Power Electronics Technology。

引言

許多系統要求支持帶電插拔，除了正電源供電系統外，有些負電源(-5V或-5.2V)設計也提出了同樣的要求。熱插拔應用中，可以很容易得到適當的低電壓、正電源熱插拔控制器，但卻很難找到合適的針對負電源設計的低電壓熱插拔器件。由于大多數需要負電源低電壓熱插拔控制的系統中同樣也使用正電源低電壓熱插拔控制器，可以借助正電源構建一個(gè)負電壓熱插拔控制方案。

本文提供了兩個(gè)用于+5V/-5.2V的雙電源供電系統的熱插拔方案，一種方案利用兩個(gè)芯片分別控制每個(gè)通道；另一種則使用單個(gè)控制器IC保護兩個(gè)通道。第三種方案采用單個(gè)芯片實(shí)現-5.2V單電源的熱插拔保護。三種方案均提供帶電插拔、啟動(dòng)延時(shí)、浪涌電流抑制等功能，但只有一種方案具備過(guò)壓檢測和斷路器功能。

圖1所示的兩芯片方案在負電源和正電源通道都提供有獨立的斷路器功能，圖2和圖3所示的單芯片方案支持浪涌電流控制功能，但在負電源通道上不具備限流和斷路器功能。

兩芯片方案

圖1所示電路提供完備的熱插拔功能，為+5V和-5.2V電源提供限流、斷路器功能。電路采用MAX4272低電壓正電源控制器支持+5V通道的熱插拔，由于無(wú)法找到用于低電壓的負電源熱插拔控制器，我們使用了MAX5900高壓負電源控制器支持-5.2V通道。將MAX5900的接地端連接到+5V電源，+10.2V的電源壓差能夠滿(mǎn)足MAX5900的-9V至-100V供電范圍要求。由于MAX5900具有-9V的最低供電電壓，所以在本設計中選擇了這款器件。除MAX4272外，也可以選擇其它低電壓正電源控制器用于本設計，但MAX4272在8引腳封裝內集成了全面的功能，因此在本設計中選擇這款器件用于正電源的熱插拔控制。

每個(gè)通道均提供過(guò)載(電流大約為1A)故障關(guān)斷，發(fā)生故障時(shí)可以自動(dòng)重新開(kāi)啟。MAX5900利用M2 MOSFET的RDS(ON)作為檢流電阻，VSENSE的觸發(fā)門(mén)限為200mV。選擇RDS(ON) = 0.2Ω的MOSFET作為M2，可以獲得大約1A的過(guò)載門(mén)限。有關(guān)延時(shí)和定時(shí)信息，請參考器件數據資料。


圖1. 兩芯片熱插拔控制方案，在正、負兩個(gè)低壓電源通道均提供過(guò)載故障檢測。

單芯片方案

圖2電路為正、負電源同時(shí)提供限流、熱插拔啟動(dòng)控制功能，但僅為+5V電源提供斷路器功能。以下介紹的單芯片方案利用MAX5904同時(shí)支持+5V和-5.2V的熱插拔，MAX5904設計用于控制兩路正電源的帶電插拔，按照如下電路設計，可以用其控制一路正電源和一路負電源。選擇MAX5904的優(yōu)勢是能夠控制兩路電源，并且只需要很少的外部元件。

按照以下配置，MAX5904可以將+5V電源當作+10.2V電源控制，提供斷路器功能；將-5.2V電源當作+5.2V電源處理，實(shí)現熱插拔管理功能。

• MAX5904的GND引腳接-5.2V
• IN1和SENSE1引腳接地
• IN2引腳接+5V

當MAX5904處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)柵極驅動(dòng)輸出均處于-5.2V。導通模式下，GATE2提供比VIN2高出5.4V的驅動(dòng)，GATE1提供比VIN1高出5.4V的驅動(dòng)。啟動(dòng)過(guò)程中，為+5V和-5.2V提供常規的浪涌電流限制，但對負電源沒(méi)有斷路器功能，可以安裝一個(gè)保險絲提供必要的保護。

MA5904無(wú)法檢測負電源故障，但可以檢測+5V電源的故障。一旦檢測到故障狀態(tài)，將同時(shí)關(guān)斷兩個(gè)通道。經(jīng)過(guò)一段延遲時(shí)間后，兩個(gè)通道將自動(dòng)重試，重新開(kāi)啟。利用ON引腳可以實(shí)現通/斷控制，但需要一個(gè)簡(jiǎn)單的電平轉換電路，因為MAX5904是以-5.2V為參考點(diǎn)，而非GND。


圖2. 單芯片方案，為正、負電源提供浪涌電流限制，但-5.2V通道不具備斷路器功能。