關鍵的計算機、大容量存儲和通信系統(tǒng)被設計成零停機時間運行，或者至少接近這個理想狀態(tài)。即使在執(zhí)行系統(tǒng)升級和維護時，這種高可用性系統(tǒng)也必須繼續(xù)運行。這通常需要將電路板插入或從帶電系統(tǒng)中取出。

熱插拔需要電源開關首先隔離，然后通過控制功率的上升來控制浪涌電流，這可以防止對背板和鄰近電路的任何干擾。由于熱插拔電路是所有單板電源的網(wǎng)關，因此它是監(jiān)控和收集電源數(shù)據(jù)的天然場所。這些數(shù)據(jù)揭示了電路板的健康狀況和電源路徑的完整性。

考慮到這一點，LTC4260在一個器件中結合了寬輸入范圍熱插拔控制器、ADC電壓監(jiān)視器、I(2)C 串行通信和其他功能(見表1)。LTC4260的熱插拔電路使用外部n通道通管，在首次插入時將熱插拔板與背板隔離。經(jīng)過一段時間后，控制器可以開始為板供電或等待主機處理器的打開命令。功率逐漸增加，以盡量減少背板的干擾。上電過程完成后，LTC4260繼續(xù)監(jiān)控電源路徑中的故障。

LTC4260提供了通過板載ADC和多路復用器定量測量板電流和電壓的手段。當主機處理器輪詢時，它使用I(2)C串行通信總線報告這些信息。如果配置為這樣，設備將在特定故障情況下中斷主機。

LTC4260適用于從80V(瞬變到100V)到12V的電池系統(tǒng)，其工作范圍可以降至8.5V。

Inside Look

LTC4260的框圖如圖1所示。方框圖的下部顯示了ADC電壓監(jiān)測、寄存器和I(2)C接口。

ADC通過感測電阻電壓(VDD-SENSE)監(jiān)測電流。SOURCE引腳和外部N引腳也復用到ADC。寄存器允許用戶配置部件，并讀取有關部件狀態(tài)的有用信息，以及是否發(fā)生了任何故障。

I(2)C模塊使用使用SCL和SDA信號的2線串行接口。為了促進跨兩個隔離地的通信，SDA分為SDAI和SDAO引腳，以允許該部分以最少數(shù)量的外部組件驅動光隔離器。對于共享公共接地的正常I(2)C通信，這兩個引腳被短接在一起。

的警報引腳用于中斷。上面的框圖包含監(jiān)控輸入電源所需的熱插拔模塊，并在適當?shù)臅r候打開外部通管的柵極。

集成ADC實時測量電路板功率

收集和匯編流入每個卡的電壓和電流信息是測量卡健康狀況的有用方法。可以將運行數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行比較，以確定卡是否實際使用了分配的功率，或者是否運行異常。一個不正常的操作卡可以被標記為服務，甚至可能在它失敗之前。LTC4260包括一個8位數(shù)據(jù)轉換器，可連續(xù)監(jiān)測三個電壓:N引腳，SOURCE引腳以及V(DD)和SENSE引腳之間的放大差值。N引腳是一個未提交的ADC輸入。這個引腳允許用戶監(jiān)控任何可用的電壓。

N引腳通過2.56V滿量程直接連接到轉換器進行監(jiān)控。SOURCE引腳在輸入端使用1/40分頻器，提供102.4V滿量程。V(DD)-SENSE電壓放大器的電壓增益為33.33，可產(chǎn)生76.8mV滿量程。

每次轉換的結果存儲在三個ADC寄存器中(見表2)，每秒更新10次。設置測試模式控制寄存器位將停止數(shù)據(jù)轉換器，以便可以對寄存器進行寫入和讀取，以進行軟件測試。

典型熱插拔應用

如圖2所示，電源通路中的n通道通管Q1控制到電路板的電源。感測電阻R(S)檢測過流故障和ADC測量的電流。電容C1控制柵極轉換速率，電阻R6補償電流控制回路。電阻R5抑制Q1中的自振蕩。電阻R1, R2和R3在輸入端提供欠壓和過壓檢測，而R7和R8提供輸出電源-良好監(jiān)控。

公連接器的交錯引腳確保所有電源在允許輸出功率斜坡之前都已物理連接。下面是典型的插板順序:

• 長電源和接地引腳接觸，內部5.5V電源(INTVCC)變得活躍。內部寄存器在通電復位脈沖后復位。通管(Q1)關斷。

• 中長度引腳，SDA, SCL和警報取得聯(lián)系。這允許I(2)C通信開始。

• 短引腳將電阻R1連接到電源電壓，使UV和OV引腳達到調整后的電平。UV, OV和BD_PRST引腳必須保持在可接受范圍內100ms，以確保插入期間的任何觸點反彈已經(jīng)結束。100ms后，ON引腳被綁高。如果它是高的，那么外部開關打開。如果它是低的，外部開關打開時，on引腳帶高或如果接收到串行總線打開命令。

升高的順序

通管通過用18μA電流源給柵極充電而接通。GATE引腳電壓以18μA/C1的斜率上升，電源涌流設為

當GATE電壓達到Q1閾值電壓時，開關開始打開，SOURCE電壓隨著GATE電壓的增加而增加。

LTC4260采用3.5V基準電壓、精密電壓比較器和外部電阻分壓器來監(jiān)測輸出電源電壓。當FB引腳的電壓高于3.5V閾值時，默認配置下的GPIO引腳停止拉低，表明電源現(xiàn)在良好。圖3顯示了一個典型的熱插拔、100ms延遲和上電事件。

控制斷開

在關斷期間控制GATE引腳轉換率可以防止電感驅動的電壓尖峰在漏極和通極晶體管的源端，由于電流的快速變化。開關的受控關斷使用1mA電流將GATE引腳拉到地。通常，關斷是由ON引腳走低或串行總線關斷命令發(fā)起的。此外，一些故障條件將關閉開關。這些包括輸入過壓(OV引腳)，輸入欠壓(UV引腳)，過流斷路器(SENSE引腳)或BD_PRST要高。

LTC4260位于連接器的任意一側

在圖2中，LTC4260位于連接器的插件板一側。連接器的背板側包含電源和信號路由。一些設計人員選擇將熱插拔控制器與主機處理數(shù)據(jù)一起放置在連接器的背板或主板一側。

一個典型的背板駐留應用程序如圖4所示。插入卡插入無電源插槽，接地和電源引腳首先匹配。接下來連接感應引腳直接連接BD_PRST接地針。這向熱插拔控制器發(fā)出信號，開始上電序列。

如果LTC4260因故障關閉，只需拔插卡即可重新啟動LTC4260。內部有一個10μA的上拉電流源BD_PRST銷。當卡被取出并重新插入時BD_PRST引腳被拉高，然后低，清除違規(guī)故障，并開始一個新的電源序列。

快速限流隔離故障，保護背板電壓

LTC4260具有可調的電流限制，可折疊，防止開關在活動電流限制期間過度功耗。電流限制電平由位于V(DD)引腳和sense引腳之間的檢測電阻的值設置。當負載電流超過電流限制時，LTC4260調節(jié)GATE引腳電壓，使通過感測電阻的電流保持恒定值。

過流的響應時間取決于檢測電壓，如圖5所示。在負載發(fā)生短路的情況下，將電流控制在1μs以內。GATE引腳用600mA的柵極到源電流拉下。

為了防止開關中過度的功耗，電流限制作為輸出電壓的線性函數(shù)折回或下降，輸出電壓在FB引腳處被檢測到。限流閾值作為輸出電壓的函數(shù)如圖6所示。

過流斷路器限制了部件處于有效電流限制的時間。當LTC4260處于有效限流狀態(tài)時，電容C(T)被充電100μA的上拉電流。如果TIMER引腳處的電壓達到1.235V，則該部分關閉通管并記錄過流故障。圖7顯示了輸出的短波波形。

控制板I(2)C供電接口

LTC4260有7個寄存器，如表2所示?？刂萍拇嫫髟O置通過晶體管的狀態(tài)并控制該部分是否在某些故障后自動嘗試打開或保持在鎖存關斷狀態(tài)。

控制寄存器中的一位將ADC設置為測試模式，此時主處理器可以寫入ADC寄存器。大量寫入功能允許使用一個特殊的I(2)C地址一次寫入所有l(wèi)tc4260，可以使用控制寄存器中的一個位來屏蔽。

控制寄存器還配置通用輸入/輸出(GPIO)引腳的行為。在上電時，GPIO引腳默認為powergood指示燈。GPIO引腳的其他用途是作為電源壞指示器，通用邏輯輸入引腳或通用邏輯輸出引腳。

警報寄存器設置哪些故障會中斷主機。每個特定的故障都有控制位，允許警報當故障發(fā)生時，引腳拉低。在上電時，默認狀態(tài)是不對故障發(fā)出警報。在總線主控制器廣播警報響應地址后，LTC4260用其在SDA線上的地址進行響應并釋放警報．

收集故障信息有助于診斷

當單板出現(xiàn)故障時，通過查看LTC4260板載故障信息，可以簡化診斷過程。故障寄存器和狀態(tài)寄存器包含故障存在或已經(jīng)發(fā)生的記錄，可以通過I(2)C接口訪問。

有三種主要故障可以關斷通管:過流、欠壓和過壓。當UV引腳低于3.12V時發(fā)生欠壓故障，當OV引腳高于3.5V時發(fā)生過壓故障。這些主要故障中的每一個都有一個自動重試控制位。如果發(fā)生故障并設置了其自動重試位，那么一旦故障被移除，LTC4260將打開通過晶體管。否則，該部件被鎖住，直到故障寄存器被清除。

故障寄存器記錄了三個小故障，它們不會關閉外部場效應管。它們包括權力壞，BD_PRST改變狀態(tài)和FET短。

如果FET導通時FB引腳低于3.41V閾值，則報告電源不良故障。當下游卡插入或拔出時，板present功能允許檢測。這個故障被標記為BD_PRST改變狀態(tài)。最后一個小故障，場效應管短路，表明電流在通管關斷時流過感測電阻。當FET關閉時，如果數(shù)據(jù)轉換器測量到電流檢測電壓大于或等于2mV，則報告FET短故障。

狀態(tài)寄存器包含有關FET的開或關狀態(tài)、所有主要和次要故障當前狀態(tài)以及GPIO引腳的邏輯電平的有用信息。故障寄存器可以看作是過去故障的運行日志。

清除故障使輸出導通

如前所述，過流、欠壓和過壓故障一旦寫入故障寄存器，如果不為這些故障選擇自動重試，將使通管關閉。即使原始記錄的故障條件不再存在，這一點仍然成立。必須清除故障寄存器才能打開輸出。故障寄存器可以通過以下方式清除:

• 使用I(2)C總線將零寫入故障寄存器位

• 一個ON引腳高到低的過渡跨越1.235V閾值

• 在位(控制寄存器)上的場效應管(FET)上寫一個高低躍遷

• UV引腳低于1.235V

• V(DD)降至7.45V以下

• INTV(CC)低于3.8V

• BD_PRST高到低轉換超過1.235V閾值將清除所有故障BD_PRST更改狀態(tài)故障。

結論

LTC4260是一款適用于熱插拔電路的智能電源網(wǎng)關。它提供浪涌控制和故障隔離，同時通過其門密切監(jiān)視功率。它記錄故障并在必要時中斷主機，同時使用內部8位ADC監(jiān)控板電源。