熱插拔控制器的應用

“熱插拔”是指將板卡從加有電源的主機（背板、服務(wù)器等）上插入或拔出,主要應用在基站、磁盤(pán)冗余陣列（RAID）、

遠程接入服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )路由路、網(wǎng)絡(luò )交換器以及ISDN等系統。當板卡插入主機時(shí),主機已處于穩態(tài)工作狀態(tài),所有電容均被充滿(mǎn)電,而待插入的電路板是不帶電的,板卡上的電容沒(méi)有電荷,因此,當板卡與主機背后板接觸時(shí),由于板卡上的電容的充電而將從主機電源吸入較大的瞬態(tài)電流;同樣,當把帶電的板卡拔出主機時(shí),板卡上旁路電容的放電在板卡與帶電背后板之間形成了一條低阻通路,也將產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流。較大的電流會(huì )導致連接器、電路元件、電路板金屬連線(xiàn)（跡線(xiàn)）等部件或器件的損壞,也可能使背板電源出現瞬時(shí)跌落,從而導致系復位。目前,針對上述應用新推出的熱插拔保護器件有許多,Maxim公司的MAX4273系列產(chǎn)生就具有雙速/雙電平檢測功能,可為熱插拔應用提供一套有效的控制和保護解決方案。

1 MAX4273的內部結構與功能

MAX4273的內部電路如圖1所示,它包括：電荷泵、低速比較器、高速比較器、欠壓/過(guò)壓檢測電路、邏輯控制器等。電何泵用于外部N溝道MOSFEY的柵極提供驅動(dòng)電壓,低速比較器和高速比較器用于提供雙速/雙電平過(guò)載或故障電流檢測,低速比較器的響應時(shí)間由外部電容器設置,可設置范圍從20μs至幾秒,電壓檢測門(mén)限固定為50mV,對于幅度較低的瞬態(tài)過(guò)載電流,低速比較器沒(méi)有響應,不受電源電壓微小波動(dòng)以及噪聲的影響。當器件檢測到過(guò)載電流時(shí)間超出所設置的響應時(shí)間時(shí),則認為系統發(fā)生故障,這時(shí)MOSFET的柵極開(kāi)始緩慢放電,最終將MOSFET斷開(kāi),放電速率由N溝道MOSFET的柵極電容和外接電容決定。高速比較器的響應時(shí)間固定為350ns。電壓檢測門(mén)限可由外部電路RTH設置?？稍O置范圍為50mV至750mV,一旦檢測到較大幅值的故障電流高速比較器,將直接迅速斷開(kāi)MOSFET,一般高速比較器的電壓檢測門(mén)限應高于低速比較器的電壓檢測門(mén)限,以用于處理突發(fā)故障。欠壓檢測電路用于檢測輸入電壓（VIN）是否高于欠壓鎖存輸出（UVLO）門(mén)限（最小值2.25V）,如果VIN>VUVLO而延遲時(shí)間未達到150ms,則MAX4273將限制MOSFET的導通,以避免外部MOSFET柵極出現驅動(dòng)不足,150ms延遲時(shí)間用于保證板卡完全插入主機背后板后VIN能夠達到穩定狀態(tài),一旦VIN低于UVLO門(mén)限值,芯片將被復位,并初始化一次啟動(dòng)時(shí)序。過(guò)壓檢測電路能夠保證在檢測到系統故障時(shí),在MOSFET柵極電壓完全放電（電壓低于0.1V）后負載電壓低于0.1V之前,芯片不會(huì )重新啟動(dòng)。新型MOSFET柵源電壓之間的額定電壓VGS加為限制,以保護MOSFET免于損壞。

2 MAX4273控制時(shí)序

圖1中的電容CTON用于設置啟動(dòng)周期,當VIN>VUVLO并到達150ms、同時(shí)VON>0.6V、芯片不能重試狀態(tài)時(shí),控制器開(kāi)啟。在啟動(dòng)周期內低速比較器被禁止工作,MOSFET柵極驅動(dòng)電流被限制在100μA以?xún)?且隨著(zhù)棚極電壓的升高而降低。MAX4273可通過(guò)以下兩條途徑提供負載限流：第一種是通過(guò)控制MOSFET的柵極電壓使負載電流緩慢上升;第二種是通過(guò)調節外部限流電阻來(lái)限制負載電流。在啟動(dòng)過(guò)程中,高速比較器是電流調節環(huán)路的組成部分,當負載電流高于檢測門(mén)限時(shí),MOSFET的柵極電壓將以70μA的電流放電,當負載電流低于所允許的站限時(shí),電荷泵再次導通,因此,負載電流將在快速比較器設置的門(mén)限值附近波動(dòng),上升或下降時(shí)間由高速比較器和電荷泵傳輸延遲時(shí)間確定,這時(shí)負載電流將呈現出20%的紋波,增大MOSFET柵極與GND之間的電容可降低紋波。啟動(dòng)周期結束后,控制器輸入正常工作模式,MAX4273的狀態(tài)輸出引腳STAT輸出高電平,此時(shí),如果低速比較器或高速比較器檢測到故障電流,STAT將變?yōu)榈碗娖?輸出電壓通過(guò)LLMON與GND之間的內部1kΩ電阻放電,其故障響應時(shí)序如圖2所示。