热电路插入

当电路板插入“热”(供电)背板时，其供电旁路电容器在充电时可以从背板电源总线吸取大电流。这些电流可能导致背板电源电压出现故障，复位系统中的其他电路板，甚至可能破坏边缘连接器。与Linear Technology热插拔系列的其他成员一样，LTC1642限制了电路板电容器所消耗的充电电流，从而允许安全地将电路板插入热背板。它还提供了额外的功能，一些新的热插拔系列:最大推荐工作电压为16.5V，一个可编程的电子断路器与折叠式限流，过压保护到33V，电压基准和未提交比较器。

在图1所示的电路中，LTC1642和外部NMOS通管Q1一起工作，以限制电路板插入热背板时的充电电流。在本应用中，背板电压为12V，但芯片将在3.0V至16.5V之间的任何电源电压下工作。当电源第一次应用到V(CC)，芯片保持Q1的栅极在地。经过可编程的脱壳延迟后，内部25µa电流源开始对外部电容器C2充电，在GATE引脚处产生25µa /C2 V/s的电压斜坡。由于Q1在其栅极斜坡时充当源跟随器，因此充电电路板旁路电容C(LOAD)的电流限制为25 μ a·C(LOAD)/C2。内部电荷泵提供25µA栅极电流，确保足够的栅极驱动到Q1。电阻R3防止高频场效应管振荡;电容C1设置GATE引脚电压开始上升之前的脱脱延迟得尔塔T(D): 得尔塔T(D)(ms) = 615·C1(µF). ON引脚为芯片的控制输入;当它低于1.22V时，GATE引脚保持在地。如果不需要LTC1642的ON/OFF控制，则应通过50k限流电阻将ON绑定到V(CC)。插卡时的典型波形如图2所示。

短路保护

从Q1的源到地的短路会破坏FET;它也可以复位每一个其他卡在系统中，如果背板电源电压下降，由于电流过大。LTC1642可以通过在短路期间限制从背板电源引出的电流和在Q1过热之前打开电子断路器来防止这两种威胁。在标准电子断路器功能的基础上增加限流功能，可以提高系统性能。例如，考虑一个由背板供电的插件卡系统。由于电源电流的阶跃变化，突然移除一张卡会导致背板电压以相当高的频率响起。这个振铃信号在每个剩余卡上的检测电阻上出现差异。它可以跳闸断路器，即使卡上没有故障。为了防止这种情况，设计人员可能会试图通过在检测电阻上连接低通RC网络来减缓断路器，只会发现一个问题已经交换为另一个问题:如果卡上有短路，背板电压在断路器打开之前下降太多。LTC1642在这个应用程序中大放异彩。它在短路后的几微秒内调节负载电流，在背板下垂之前，但可以延迟断路器的打开毫秒或更长时间，这使得振铃衰减，从而几乎完全免受背板噪声的影响。

提供短路保护的外部元件包括在图1中。R2感知负载电流，如果其压降达到内部阈值，则限流伺服环调整GATE引脚电压，使Q1作为恒流源。R2的电压极限随着输出电压的减小而减小;这种“折回”倾向于保持Q1的功耗恒定在电流限制。在FB引脚处检测输出电压。当FB接地时，内部阈值电压为20mV，但随着FB处电压的增加，该电压逐渐增加到50mV。为了补偿这个伺服回路R4与C2串联;为保证稳定性，积1/(2·π·R4·C2)应保持在回路的单位增益频率125kHz以下，且C2应大于Q1的输入电容C(ISS)。如图1所示，C2 = 0.047µF, R4 = 330欧姆，与Fairchild FDS6630A和类似的mosfet一起工作。的的错当断言时，输出表示断路器已断开。电容C3和电阻R5设置限流开始和断路器断开之间的延迟得尔塔T(BRK): 得尔塔T(BRK)(ms) = [62 - R5(k欧姆)]·C3(µF)。R5减缓C3的放电，确保断路器在重复但短电流故障的情况下最终打开。这是危险的，因为在Q1的栅极缓慢的电压斜坡意味着它继续耗散大量的功率一段时间后，电流限制清除。较大的R5值可以防止较低的占空比短路，但代价是断路器延迟时间的不确定性较大。谨慎的R5上限为30k，如果重复短路的占空比超过50%，则会断开断路器。

短路时的典型波形如图3所示。负载在时刻1短路到地。GATE电压下降，直到Q1进入调节，断路器定时器(BRK TMR)开始。在断路器打开之前，短路在时间2被清除，并且GATE电压回升。在时间3时，负载再次短路，在时间4时断路器打开，将GATE拉到地并断言的错。虽然空头在时间5被结清，的错在ON引脚处于低电平两微秒后，直到时间6(它有一个内部10µA的上拉)才走高。在时间7时，ON高电平，启动脱脱定时器(RST TMR);在时间8时，栅极电压开始上升。

在电流限制下上电

提高GATE引脚电压间接地将充电电流限制在I = 25 μ A·C(LOAD)/C2，其中C2是连接到GATE的外部电容，C(LOAD)是负载电容。如果C(LOAD)的值不确定，则最坏情况设计可能导致不必要的长斜坡时间，并且通过允许LTC1642在电流限制下上电来直接限制充电电流可能更好。这是完全可以接受的，只要断路器延迟足够长，在最坏的情况下上电。

断路器断开后自动重新启动

LTC1642将在断路器打开后自动尝试重新启动的错输出连接到ON引脚输入。短路时产生的波形如图4所示。如图所示，通管Q1的占空比等于空开延时得尔塔T(BRK)除以空开与脱开延时之和得尔塔T(BRK) + 得尔塔T(D)。当作为恒流源时，Q1耗散大量功率，因此确保在最坏情况下不超过其最大结温。例如，图1中的FDS6630A在负载短路到地时耗散24W(= 2A·12V)直流。它的绝对最高结温T(J)为150℃，因此环境温度T(A)为85℃时，结对环境的有效热阻为2.7℃/W (= (T(J) - T(A))/(I·V))或更小。有效结对环境热阻是两个因素的乘积:西塔(JA)，直流结对环境热阻，取决于封装和电路板布局;r(t)是一个降额因子，取决于晶体管的占空比和导通时间。参考FDS6630A的数据表，0.2英寸(2)安装垫为2z。FR-4板上的铜产生105°C/W的直流热阻西塔(JA);参考图A(瞬态热响应曲线-从FDS6630A数据表中复制)，2ms断路器延迟和200ms脱波延迟产生的r(t)降额为0.02;总有效热阻为2.1℃/W (= r(t)·西塔(JA))。

如果的错连接到ON，则应使用开漏逻辑来驱动节点，并且ON引脚处的外部上拉电阻可能被省略，因为的错提供一个弱的内部引体向上。

过电压保护装置

如果电源电压超过可编程限制，LTC1642可以通过快速关闭通管和在可编程延迟后触发撬锁可控硅来保护卡免受过高电压的影响。LTC1642包括一个内部稳压器，可防止高达33V的电源电压。它还可以配置为在过压情况清除时自动重启。

提供过压保护的外部元件包含在图1中。电阻R6和R7设置过电压限制，定时电容器C4设置撬杠可控硅Q3着火前的延迟，NPN跟随器Q2将触发电流提升到Q3。当V(CC)超过(1 + R6/R7)·1.22V时，内部比较器跳闸，芯片通过将其栅极拉到地切断Q1。为了更好地抑制噪声，当差分输入电压从175mV降低到3mV时，通过比较器的传播延迟(在OV从低到高的转换上)从20µs增加到80µs。一旦比较器跳闸，内部45µA电流开始给C4充电;当它达到0.41V时，电流增加到1.5mA, Q2迅速触发可控硅。在SCR触发之前的延迟得尔塔T(SCR)为得尔塔T(SCR)(ms) = 9·C4(µF)。一旦C4达到0.41V, LTC1642锁存断开。过电压清除后，GATE和的错保持接地，1.5mA充电电流持续存在。过压清除后重新启动，请将ON引脚保持低电平至少2µs，然后将其调高。栅极电压在衰减延迟后开始上升。芯片会重新启动的错和ON连接在一起:过电压清除后，GATE电压开始上升一个脱杂延迟。

图5显示了典型波形。OV比较器在时间1时走高，导致芯片将GATE引脚拉到地并开始充电C4。在时刻2，电容达到0.41V之前，OV降至1.22V以下;C4放电，栅极电压在时间3结束后开始上升。第4次过电压开始，第5次C4达到0.41V;的错变低，充电电流增加到1.5mA。即使OV在时间6时低于1.22V, GATE和的错保持低电压，CRWBR继续供电1.5mA。的错当ON在时刻7瞬间变低时变为高电平;在时间8结束的脱波延迟之后，栅极电压开始上升。

LTC1642的内部稳压器在V(CC)超过17.5V时打开，在低于17.0V时关闭。当开启时，它将芯片大部分电路的内部供电电压限制在15V。除了GATE引脚电荷泵被禁用外，它们将正常工作。在OV引脚处设置电阻分压器，以确保GATE接地时V(CC)电平高于16.5V。

欠压锁定

内部欠压锁定电路保持GATE引脚在地，直到V(CC)超过2.73V。如果它低于2.5V，则锁定电路将GATE拉到地并复位断路器和可控硅触发器。要设置更高的锁定电压，将ON引脚绑在从V(CC)驱动的电阻分压器上，如图6所示。在V(CC)超过(1 + R10/R11)·1.33V之前，芯片保持锁定，如果V(CC)低于(1 + R10/R11)·1.22V，芯片也会锁定。如果电阻分压器与自动重启一起使用，请连接的错通过二极管接通，如图所示。否则的错的内部上拉电流，随着工作电压和温度的变化，会使锁定阈值倾斜。

低电压监控装置

在图1中，LTC1642的FB引脚监测输出电压;芯片断言重置如果输出低于1.22V·(1 + R8/R9)(图中R8和R9值为10.6V)。重置当输出连续超过此电压一个脱波延迟时，高电平(它有一个10µa的内部上拉)。典型波形如图7所示。开启电源,重置断言;在时间1 FB穿过1.22V后，它一直保持低电平，直到一个脱脱延迟(得尔塔T(D)(ms) = 615·C1(µF))。在时间2时，FB低于1.22V重置立即断言。当FB在时间3超过其阈值时，开始脱脱定时器，但在脱脱延迟结束之前，FB降至1.22V以下(时间4)重置仍然很低。FB在时间5和再次穿过1.22V重置高一脱后延迟。为了提高噪声抑制能力，当差分输入电压从175mV降低到3mV时，FB比较器的传播延迟(在FB处的下降沿上)从20µs增加到80µs。

参考和未提交比较器

LTC1642的内部参考电压被缓冲并带出到REF引脚。缓冲放大器应该用连接在REF和地之间的电容进行补偿。如果没有直流电流从REF中提取，0.1µF保证了足够的相位裕度，但更大的电容器可以更好地抑制REF上的高频噪声。

LTC1642还包括一个未提交比较器，具有开漏输出和共模输入范围，包括地。

结论

LTC1642是一款坚固耐用的热插拔控制器，可以处理高达15V的正电源。它还提供快速，有效的限流，即使在有噪声的背板电源存在的情况下，可以保护插件卡免受高达33V的过压。