關(guān)鍵的計(jì)算機(jī)、大容量存儲(chǔ)和通信系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成零停機(jī)時(shí)間運(yùn)行，或者至少接近這個(gè)理想狀態(tài)。即使在執(zhí)行系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)時(shí)，這種高可用性系統(tǒng)也必須繼續(xù)運(yùn)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(guān)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(duì)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(guān)，因此它是監(jiān)控和收集電源數(shù)據(jù)的天然場(chǎng)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(diǎn)，LTC4260在一個(gè)器件中結(jié)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(shí)將熱插拔板與背板隔離。經(jīng)過一段時(shí)間后，控制器可以開始為板供電或等待主機(jī)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(fù)用器定量測(cè)量板電流和電壓的手段。當(dāng)主機(jī)處理器輪詢時(shí)，它使用I(2)C串行通信總線報(bào)告這些信息。如果配置為這樣，設(shè)備將在特定故障情況下中斷主機(jī)。

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(cè)、寄存器和I(2)C接口。

ADC通過感測(cè)電阻電壓(VDD-SENSE)監(jiān)測(cè)電流。SOURCE引腳和外部N引腳也復(fù)用到ADC。寄存器允許用戶配置部件，并讀取有關(guān)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(hào)的2線串行接口。為了促進(jìn)跨兩個(gè)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(qū)動(dòng)光隔離器。對(duì)于共享公共接地的正常I(2)C通信，這兩個(gè)引腳被短接在一起。

的警報(bào)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(dāng)?shù)臅r(shí)候打開外部通管的柵極。

集成ADC實(shí)時(shí)測(cè)量電路板功率

收集和匯編流入每個(gè)卡的電壓和電流信息是測(cè)量卡健康狀況的有用方法?？梢詫⑦\(yùn)行數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定卡是否實(shí)際使用了分配的功率，或者是否運(yùn)行異常。一個(gè)不正常的操作卡可以被標(biāo)記為服務(wù)，甚至可能在它失敗之前。LTC4260包括一個(gè)8位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，可連續(xù)監(jiān)測(cè)三個(gè)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(gè)未提交的ADC輸入。這個(gè)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(zhuǎn)換器進(jìn)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(zhuǎn)換的結(jié)果存儲(chǔ)在三個(gè)ADC寄存器中(見表2)，每秒更新10次。設(shè)置測(cè)試模式控制寄存器位將停止數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，以便可以對(duì)寄存器進(jìn)行寫入和讀取，以進(jìn)行軟件測(cè)試。

典型熱插拔應(yīng)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(cè)電阻R(S)檢測(cè)過流故障和ADC測(cè)量的電流。電容C1控制柵極轉(zhuǎn)換速率，電阻R6補(bǔ)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(cè)，而R7和R8提供輸出電源-良好監(jiān)控。

公連接器的交錯(cuò)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(zhǎng)電源和接地引腳接觸，內(nèi)部5.5V電源(INTVCC)變得活躍。內(nèi)部寄存器在通電復(fù)位脈沖后復(fù)位。通管(Q1)關(guān)斷。

• 中長(zhǎng)度引腳，SDA, SCL和警報(bào)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(dá)到調(diào)整后的電平。UV, OV和BD_PRST引腳必須保持在可接受范圍內(nèi)100ms，以確保插入期間的任何觸點(diǎn)反彈已經(jīng)結(jié)束。100ms后，ON引腳被綁高。如果它是高的，那么外部開關(guān)打開。如果它是低的，外部開關(guān)打開時(shí)，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(shè)為

當(dāng)GATE電壓達(dá)到Q1閾值電壓時(shí)，開關(guān)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(zhǔn)電壓、精密電壓比較器和外部電阻分壓器來監(jiān)測(cè)輸出電源電壓。當(dāng)FB引腳的電壓高于3.5V閾值時(shí)，默認(rèn)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(gè)典型的熱插拔、100ms延遲和上電事件。

控制斷開

在關(guān)斷期間控制GATE引腳轉(zhuǎn)換率可以防止電感驅(qū)動(dòng)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(guān)的受控關(guān)斷使用1mA電流將GATE引腳拉到地。通常，關(guān)斷是由ON引腳走低或串行總線關(guān)斷命令發(fā)起的。此外，一些故障條件將關(guān)閉開關(guān)。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(cè)

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

一個(gè)典型的背板駐留應(yīng)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(yīng)引腳直接連接BD_PRST接地針。這向熱插拔控制器發(fā)出信號(hào)，開始上電序列。

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

快速限流隔離故障，保護(hù)背板電壓

LTC4260具有可調(diào)的電流限制，可折疊，防止開關(guān)在活動(dòng)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(cè)電阻的值設(shè)置。當(dāng)負(fù)載電流超過電流限制時(shí)，LTC4260調(diào)節(jié)GATE引腳電壓，使通過感測(cè)電阻的電流保持恒定值。

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

為了防止開關(guān)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(cè)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(shí)間。當(dāng)LTC4260處于有效限流狀態(tài)時(shí)，電容C(T)被充電100μA的上拉電流。如果TIMER引腳處的電壓達(dá)到1.235V，則該部分關(guān)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(gè)寄存器，如表2所示?？刂萍拇嫫髟O(shè)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(dòng)嘗試打開或保持在鎖存關(guān)斷狀態(tài)。

控制寄存器中的一位將ADC設(shè)置為測(cè)試模式，此時(shí)主處理器可以寫入ADC寄存器。大量寫入功能允許使用一個(gè)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(gè)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(shí)，GPIO引腳默認(rèn)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(bào)寄存器設(shè)置哪些故障會(huì)中斷主機(jī)。每個(gè)特定的故障都有控制位，允許警報(bào)當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，引腳拉低。在上電時(shí)，默認(rèn)狀態(tài)是不對(duì)故障發(fā)出警報(bào)。在總線主控制器廣播警報(bào)響應(yīng)地址后，LTC4260用其在SDA線上的地址進(jìn)行響應(yīng)并釋放警報(bào)．

收集故障信息有助于診斷

當(dāng)單板出現(xiàn)故障時(shí)，通過查看LTC4260板載故障信息，可以簡(jiǎn)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(guān)斷通管:過流、欠壓和過壓。當(dāng)UV引腳低于3.12V時(shí)發(fā)生欠壓故障，當(dāng)OV引腳高于3.5V時(shí)發(fā)生過壓故障。這些主要故障中的每一個(gè)都有一個(gè)自動(dòng)重試控制位。如果發(fā)生故障并設(shè)置了其自動(dòng)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(gè)小故障，它們不會(huì)關(guān)閉外部場(chǎng)效應(yīng)管。它們包括權(quán)力壞，BD_PRST改變狀態(tài)和FET短。

如果FET導(dǎo)通時(shí)FB引腳低于3.41V閾值，則報(bào)告電源不良故障。當(dāng)下游卡插入或拔出時(shí)，板present功能允許檢測(cè)。這個(gè)故障被標(biāo)記為BD_PRST改變狀態(tài)。最后一個(gè)小故障，場(chǎng)效應(yīng)管短路，表明電流在通管關(guān)斷時(shí)流過感測(cè)電阻。當(dāng)FET關(guān)閉時(shí)，如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器測(cè)量到電流檢測(cè)電壓大于或等于2mV，則報(bào)告FET短故障。

狀態(tài)寄存器包含有關(guān)FET的開或關(guān)狀態(tài)、所有主要和次要故障當(dāng)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(yùn)行日志。

清除故障使輸出導(dǎo)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(dòng)重試，將使通管關(guān)閉。即使原始記錄的故障條件不再存在，這一點(diǎn)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(gè)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(chǎng)效應(yīng)管(FET)上寫一個(gè)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(zhuǎn)換超過1.235V閾值將清除所有故障BD_PRST更改狀態(tài)故障。

結(jié)論

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