通用双热交换控制器允许带电底板插入

2006-05-07 15:49:45来源: 电子产品世界

    引 言

    当把电路板插入带电底板时,由于板上旁路电容充电而从底板电源总线吸入大的瞬态电流。瞬态电流可毁坏电容器、连接器引脚、板迹线以及系统电源,导致系统中其他板复位。新的双通道LTC1645热交换控制器是设计用于控制电路板电源电压,防止系统电源上假信号和对板的毁坏。

   t1.gif (17901 字节)  LTC1645的两个通道可分别设置为上升或下降方式,或同时编程为上升方式,确保两个输上的电源跟踪。用外部N-沟通路晶体管,电源电压可随可编程速率跃变。两个高端开关驱动器控制外部N沟道FET栅极,电源电压范围1.2V~12V。可编程电子电路断路器防止输出短路。LTC1645可用14引脚和18引脚SO封装。14引脚型器件提供额外的系统复位信号和第二“备用”比较器(用于板电源电压降到低于用户可编程电平时的指示)。它也含指示过流条件的失效信号和定时器引脚(在升高电源电压和去除系统复位信号之前产生延迟)。

    典型的热交换应用

    图1为LTC1645典型的热交换应用电路。Q1和Q2控制板上电源,提供电流失效检测,R1和R2防止高频振荡。当板连接时,在通路晶体管栅极上以某一控制速率升高和降低电压,从而把从底板电源吸入的瞬态电涌电流(I=C·dv/dt)限制在安全数值内。t2.gif (5678 字节)

    图2示出板定时。当电源首先加到芯片上时,FET栅极(GATE1和GATE2引脚)变低态。一旦ON引脚在时间点1上升,则LTC1645在允许GATE引脚电压上升之前必须完成一个定时周期。这使连接器引脚能结束抖动并且做到稳固连接。令延迟定时周期t=(1.23V·)/2μA,用2μA电流源充电到1.23V。在该例中,欠压锁定电路使TIMER引脚放电并防止两个通道在Vcc1<2.23V或Vcc2<1.12V时通导(时间点2)。在时间点4,完成定时周期和GATE引脚被内部10μA电流源上拉,GATE1上的电压开始按10μA/C1斜率上升、GATE2上的电压按10μA/C2斜率上升。电源电压跟踪相应的栅极电压减去外部FET阈值电压。每个电源的斜波时间是:(Vccn·Cn)/10μA。

    电压监控器和备用比较器

    LTC1645 14引脚型器件为监控输入或输出电压电平提供两个精密比较器。两个比较器都有一个1.238V基准做为负输入并且有漏极开路输出(这需要一个外部上拉电阻产生逻辑高态)。备用比较器监控COMP+,只要COMP+引脚高过1.238V就释放COMPOUT。FB比较器在FB引脚上升到高于1.238V(图2中时间点5和6)之后一个定时周期释放RESET并包含一个假信号滤波器以防止FB引脚上短负瞬态信号期间系统复位。对于大瞬态信号(大于150mV)滤波时间是20μs,对于小的10μA瞬态为100μs。

    在图1中,引脚连接到FB引脚,这样直到输出电源在一个定时周期保持高于其可编程电压时才释放。

    电子电路断路器

    LTC1645含有电子电路断路器功能,可防止短路或过大输出电流。用电源输入和感测引脚之间的感测电阻来监控每个电源的负载电流。在感测电阻器上的电压超过50mV的时间在1.5μs以上时电路断路器就释放。当任一通道的电路断路器断开时,两个GATE引脚立即拉到地电平而外部FET快速关闭(图2,时间点7)。当ON引脚周期关、开时(时间点8),电路断路器复位并开始另一个定时周期。假若不需要电路断路器功能,则 SENSE引脚短路接到相应Vcc引脚。

    ON引脚

    ON引脚具有控制GATEn引脚上斜波上升或下降的多个阈值。若ON引脚电压低于0.4V,则GATE1和GATE2位即拉到地电平。在电压处于0.4V到0.8V之间时,GATE1和GATE2用40μA电流拉到地电平。在0.8V和2V之间,GATE1在一个定时周期之后用10μA上拉导通,但GATE2仍用40μA电流拉到地电平。当电压超过2V时,GATE1和GATE2在电压超过0.8V之后一个定时周期内用10μA上拉到导通。

    电源跟踪和时序t3.gif (13749 字节)

    某些应用要求两个电源电压之间的差值不能超过某一值。此要求适合加电和掉电期间以及稳态工作期间。在双电源ASIC中为防止闭锁往往需要这样做。另外一些系统要求一个电源在另一电源之后加电,例如,一个系统时钟需要在逻辑单元之前开始。一般双电源或底板的连接可在任选速率下加电,这取决于负载电流、电容器大小、软启动速率等等。传统解决方案很麻烦,需要复杂电路来满足所必须的要求。

     LTC1645为电源跟踪和时序要求提供简单的解决方案,可保证电源跟踪和时序指标。图3示出  LTC1645一起上升或下降的应用电路。ON引脚必须达到0.8V使GATE1导通,使直线上升。备用比较器把ON引脚拉到低态直到高于2.3V为止,而ON引脚在高于3V之前不能达到0.8V。因而,两个输入电源在一个定时周期开始之前必须处在稳定范围内。在定时周期结束时,输出电压一起直线上升。假若检测到任一输入电源不在稳定范围内或有过流条件, Q1和Q2栅极一起变为低态。

    加电时,一起直线上升。在电源下降时,LTC1645同时关断Q1和Q2。电荷保存在上,输出电荷将依赖于负载变化。D1和D2在1V左右(每个0.5V左右)导通,确保决不会超过 1.2V以上,D3保证将不会大于 0.4V以上。为防止在输入端发生过压情况,只有这些二极管能通导电流时才发生电源下降事件,因此,只有放电。在输入过压条件下导致过大的电流流过,在此情况下,电路断路器将断路(假若适当地设置电流限值电平)。

   结 语

    设计一个传统的热插入系统需要有经验的模拟设计人员做很大的努力。为了减少设计工作,一个容易的方法是用LTC1645,它可提供电荷泵栅极驱动器,用户可编程延迟,电压电平监控和其他特性。用LTC1645,容易设计可靠的热交换系统。
  

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2006.html
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