高可用性-48V电源系统，如电信和AdvancedTCA系统，允许在带电供电的背板上升级和更换电路板。热插拔控制器的主要作用是通过限制可能导致热插拔板损坏或在背板上产生干扰的潜在大涌流来实现这一目标。-48V热插拔控制器通常是自动操作的，即在主机处理器知道异常运行的单板的原因之前，热插拔控制器将单板关闭。这简化了系统设计，但是对主机的诊断支持很少。

一个更健壮的系统应该使用热插拔控制器将板子的状况传递给主处理器，并让主处理器采取行动。为此，LTC4261集成了-48V热插拔控制器，10位ADC监控和I(2)C/SMBus通信。实时监控单板的电流、电压等参数，并将数据传送给主机。

特性

图1显示了LTC4261的简化框图。电源来自-48V RTN，使用连接到V(IN)引脚的外部下降电阻。内部分流稳压器钳住电压在V(IN)到11.2V以上V(EE)(芯片接地)。这种浮动结构允许宽的工作电压范围。该器件还在INTV(CC)引脚处提供5V线性调节电压，可为驱动外部电路提供高达20mA的电流。

使用外部n通道通管，LTC4261的负热插拔电路允许从带电- 48V背板上安全地插入和取出电路板。该器件采用了一种新的浪涌控制技术，可在所有工作条件下将通管上的应力降至最低。打开或关闭设备既可以是自主的，也可以由主机处理器通过I(2)C接口控制。故障后的自动重试是可编程的，完全由主机控制。设备的配置存储在内部寄存器中，如表1所示。

LTC4261连续监控和记录单板状态和故障情况。它具有板载10位ADC和3通道多路复用器，可以精确测量实时板电流(通过感测电阻上的电压)和两个外部电压。数据存储在ADC寄存器中(见表1)。当主机处理器轮询时，LTC4261使用I(2)C接口报告ADC数据以及状态和故障信息。实时检测单板的电流和电压，可以在单板出现故障前及时发现告警信号，及时进行维护。与警报当配置为这样做时，LTC4261在特定故障条件下中断主机。

LTC4261的一个独特功能是I(2)C接口可以使用地址引脚(ADR1和ADR0)轻松配置为单线广播模式，仅使用单个I(2)C信号SDAO来报告ADC数据和故障信息。这种模式通过消除两个光隔离器简化了接口并节省了组件成本。

LTC4261还具有其他功能，可以对两个电源良好输出进行排序，检测电路板的插入，如果外部电源监视器未能在超时时间内指示电源良好，则关闭通管。使用PGIO和FLTIN引脚与ADC一起，该设备可以检测到一个特定的保险丝，该保险丝最多可打开四个保险丝。

10位ADC提供实时电路板电流和电压的精确测量

实时板级电压和电流(以及功率)的定量监测为高可用性系统提供了显著的好处。实时运行数据可以与预算或历史数据进行比较，以检测电路板是否正在使用其分配的功率或是否运行异常。通过向系统管理层发出早期预警，可以在异常运行的单板发生故障之前对其进行标记。该特性大大提高了高可用性系统的可靠性。

LTC4261包括一个10位ADC，可以精确测量SENSE、N2和N引脚的电压，所有这些都是指芯片地(V(EE))。具有2.56V满量程和2.5mV分辨率，N和N2引脚为未提交输入，允许监控任何外部电压。对于感测电阻，感测引脚电压用于测量流过通管的电流。该电压在内部放大40倍，产生64mV满量程和62.5μV分辨率。每次转换后的三个电压的数字代码存储在相应的ADC寄存器中(见表1)，并以7.3Hz的频率更新。在控制寄存器中设置测试模式位可以停止更新，这样软件测试就可以通过向寄存器写入和从寄存器中取出来执行。

使用ADC监控的示例如图2所示，其中分别在SENSE、N2和N引脚测量通管的电流、输入电压和V(DS)。后两个电压可用来推导输出电压，即RTN。ADC监控的另一个应用是检测多馈电系统中的保险丝断路，本文稍后将对此进行详细介绍。

独立可调的浪涌和过流限制，最大限度地减少对通管的压力

使用LTC4261的典型- 48V/200W热插拔应用如图2所示。通管Q1的初始导通是自主的，但I(2)C可以在上电后接管控制。为了保护通型晶体管免受过压，LTC4261在上电时独立控制涌流和短路时的过流。如图2所示，电流限制和断路器阈值由感测电阻R(S)设置为5.6A，而浪涌通过V(OUT)和ramp引脚之间连接的外部电容C(R)控制V(OUT)的斜坡速率而设置为低得多的水平(0.66A)。操作理论和这种涌流和过流控制技术的好处演示如下。

在启动脱脱延迟之后，LTC4261的导通序列开始以10μA电流对SS引脚充电。SS电压(V(SS))转换成GATE上拉电流。当GATE电压达到通管Q1的阈值电压时，浪涌开始流过Q1。输出电压(V(OUT))开始移动，C(R)开始充电。这从流过C(R)的RAMP引脚提取电流，并导致GATE电流降至0。RAMP引脚调节为1.1V，因此浪涌由V(OUT)的斜坡速率设置，这导致:

V(SS)的摆压率决定了浪涌电流的dI/dt。图3显示了LTC4261的启动行为。

LTC4261提供2级过流保护:一个有源限流(ACL)放大器，也可作为断路器比较器，阈值为50mV±10%，和一个阈值为150mV的快速下拉比较器。在输出短或输入快的情况下，当V(SENSE)超过150mV时，快速下拉比较器立即以110mA电流使GATE下降。一旦V(SENSE)回落到150mV以下，ACL开始伺服GATE并保持50mV/R(S)的恒定输出电流。如果短路情况持续时间超过530μs，则关断通管，记录过流故障。该设备默认在过流故障时关闭，但可以配置为在冷却延迟后自动重试。图4显示了LTC4261对短路情况的响应。在输入阶跃的情况下，浪涌控制电路在快速GATE下拉之后接管，并且在断路器定时器到期之前断开限流回路。然后，该设备的操作与启动类似，唯一不同的是，通过通管的电流现在是浪涌和负载电流的总和。

通过将启动浪涌与电流限制/断路器阈值解耦，LTC4261可以在所有工作条件下优化通管的安全工作区域(SOA)。该短路断路器定时器大大降低了短路条件下通管上的应力。启动和输入阶跃通常对通管施加最大的应力。将涌流电流设置得比电流限制小得多，可以在启动和输入步骤期间减轻SOA需求。这允许在大负载应用中使用更小的通路晶体管，使通路晶体管的选择更加容易。LTC4261使用与GATE单独调节的专用RAMP引脚进行浪涌控制，不需要GATE和与C(R)相关的V(EE)之间的大电容，因此即使在大负载应用中，短路时通管的关断也可以快速完成。

可调欠压比较器提供精度和灵活性

LTC4261提供两个UV引脚(UVH和UVL)，可用于精确设置欠压阈值和滞后。两个引脚都有一个精确的阈值:UVH上升(导通)2.56V, UVL下降(关断)2.291V，两个引脚都有一个15mV的内置小迟滞。在输入电压上升或下降的情况下，UVH和UVL引脚都必须越过它们的阈值才能使比较器输出改变状态。如果两个引脚都低于它们的阈值，则记录欠压故障。

UVH和UVL阈值之间的比值旨在通过将UVH和UVL结合在一起，精确设置电信应用中常用的43V导通和38.5V关断UV阈值，并具有最小的外部组件。如图5a所示，3电阻分压器配合OV引脚(阈值为1.77V，滞回为37.5mV)，精确工作范围为43V至71V, UV关断为38.5V, OV关断为72.3V。

UV电平可以通过在UVH和UVL引脚之间连接一个电阻R(H)来调节，如图5b (UVL接头高于UVH接头，滞回较大)和图5c (UVL接头低于UVH接头，滞回较小)所示。在后一种情况下，如果使用较大的R(H)， LTC4261不允许迟滞降为零或负值。相反，迟滞达到保证的最小值(典型15mV)，并随着R(H)的增加而增加，从而防止比较器振荡。

多功能开/关控制

LTC4261提供各种开/关控制方法，使用on，在， UVH/UVL/OV, PGIO或FLTIN引脚以及I(2)C接口。通管的开断可以是自主的，也可以由系统主机通过I(2)C接口控制。此外，LTC4261可以位于可拆卸板或背板上。

即使在自主操作时，主机也可以通过I(2)C对GATE输出进行控制，尽管在和ON随后可以覆盖I(2)C命令设置的条件。卡的插入/提取可以方便地检测与在-改变FAULT寄存器中的状态位。上电后，UV、OV等故障条件根据需要夺取控制，关闭GATE输出，无论状态如何在， ON或I(2)C端口。

主机可以在任何时候启用或禁用故障后的自动重试，并且配置存储在CONTROL寄存器中(表1)FLTIN不直接控制，它们用于I(2)C监控连接感或其他重要信号。然后，主机可以使用这两个引脚检测到的信息来采取行动。

图6显示了使用LTC4261进行开/关控制的一些示例。图6a至6d中的电路在背板和主板常驻应用中都能很好地工作。图6e和6f中的电路仅用于I(2) c控制。

广播模式节省成本和空间

为了便于LTC4261与系统主机之间相互隔离的I(2)C通信，将SDA信号分为SDAI和SDAO。单独的引脚允许器件以最少数量的外部元件驱动光隔离器。然而，典型的I(2)C操作需要三个光隔离器(两个用于SCL和SDAI的输入，一个用于SDAO的输出)。为了进一步减少组件数量，LTC4261提供了一种特殊的单线模式，仅使用SDAO引脚连续传输ADC数据和故障信息(图7)。这种简单的通信模式通过消除两个光隔离器来节省组件成本和电路板空间，对于只需要监控的应用非常有用。

单线广播模式只需将ADR1引脚连接到INTV(CC)，将ADR0引脚连接到V(EE)即可实现(图7)。在每个ADC通道转换结束时，串行数据流以15.3kHz±20%的固定数据率发送到SDAO，格式如图8所示。数据流由一个起始位(STAT)、一个虚拟位(DMY)、两个ADC通道标记位(CH1和CH0)、十个ADC数据位(ADC9:0)、三个故障位(OC、UV、OV)和一个奇偶校验位(PRTY)组成。数据用内部时钟编码，类似于曼彻斯特编码，可以很容易地由微控制器解码。

四根保险丝中哪根是开着的?

一些高可用性系统，如AdvancedTCA，需要在-48V和RTN线上双馈电，每个馈电上有一个保险丝，从而产生四个保险丝。由于插件卡被设计为即使其中一个保险丝打开也不中断运行，因此如果没有直接保险丝监测，很难检测到单个保险丝打开。

集成的ADC、I(2)C监控和LTC4261的通用引脚可以监控单个熔断器，如图9所示。RTN侧的熔断器使用电阻R1, R2和R3检测，输出由ADC在N引脚测量。同时，使用R4和R5检测ORing二极管后的输入电压，并在N2引脚处测量。二极管D3和D4用于补偿ORing二极管。表2显示了N和N2处的电压如何指示RTN侧哪个保险丝是断开的。

使用输入电压作为基准，确保在整个工作范围内有效检测。

使用INTV(CC)引脚以及两个逻辑输入引脚PGIO(配置为输入时)和- 48V侧的熔断器监控更直接FLTIN如图9所示。在PGIO用R6和R7感测保险丝F3，在PGIO用R8和R9感测保险丝F4FLTIN输入是反向的。如果F3打开，PGIO被拉高，PGIO输入位在FAULT寄存器中被设置。如果F4是打开的，FLTIN拉低并设置FLTIN位。在后一种情况下，如果在警报寄存器也被设置，LTC4261使用警报销。

结论

LTC4261是一款功能齐全的智能热插拔控制器，可提高-48V高可用性电源系统的可靠性和耐用性。内置的10位ADC、I(2)C/SMBus和寄存器可以方便地监控故障和实时电源，并与系统主机通信。其独特的浪涌和过流控制技术最大限度地减少了在所有工作条件下对通管的应力。