構(gòu)建低電壓負(fù)電源熱插拔電路的三種方案
考慮到市場上的許多熱插拔IC不能支持負(fù)電源設(shè)計,本文討論了三種構(gòu)建低電壓負(fù)電源熱插拔電路的解決方案。其中兩種方案需要配合正電源使用,而第三種方案可以用于僅有負(fù)電源供電的系統(tǒng)。
類似文章發(fā)表于2008年7月的Power Electronics Technology。
引言
許多系統(tǒng)要求支持帶電插拔,除了正電源供電系統(tǒng)外,有些負(fù)電源(-5V或-5.2V)設(shè)計也提出了同樣的要求。熱插拔應(yīng)用中,可以很容易得到適當(dāng)?shù)牡?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電壓">電壓、正電源熱插拔控制器,但卻很難找到合適的針對負(fù)電源設(shè)計的低電壓熱插拔器件。由于大多數(shù)需要負(fù)電源低電壓熱插拔控制的系統(tǒng)中同樣也使用正電源低電壓熱插拔控制器,可以借助正電源構(gòu)建一個負(fù)電壓熱插拔控制方案。
本文提供了兩個用于+5V/-5.2V的雙電源供電系統(tǒng)的熱插拔方案,一種方案利用兩個芯片分別控制每個通道;另一種則使用單個控制器IC保護兩個通道。第三種方案采用單個芯片實現(xiàn)-5.2V單電源的熱插拔保護。三種方案均提供帶電插拔、啟動延時、浪涌電流抑制等功能,但只有一種方案具備過壓檢測和斷路器功能。
圖1所示的兩芯片方案在負(fù)電源和正電源通道都提供有獨立的斷路器功能,圖2和圖3所示的單芯片方案支持浪涌電流控制功能,但在負(fù)電源通道上不具備限流和斷路器功能。
兩芯片方案
圖1所示電路提供完備的熱插拔功能,為+5V和-5.2V電源提供限流、斷路器功能。電路采用MAX4272低電壓正電源控制器支持+5V通道的熱插拔,由于無法找到用于低電壓的負(fù)電源熱插拔控制器,我們使用了MAX5900高壓負(fù)電源控制器支持-5.2V通道。將MAX5900的接地端連接到+5V電源,+10.2V的電源壓差能夠滿足MAX5900的-9V至-100V供電范圍要求。由于MAX5900具有-9V的最低供電電壓,所以在本設(shè)計中選擇了這款器件。除MAX4272外,也可以選擇其它低電壓正電源控制器用于本設(shè)計,但MAX4272在8引腳封裝內(nèi)集成了全面的功能,因此在本設(shè)計中選擇這款器件用于正電源的熱插拔控制。
每個通道均提供過載(電流大約為1A)故障關(guān)斷,發(fā)生故障時可以自動重新開啟。MAX5900利用M2 MOSFET的RDS(ON)作為檢流電阻,VSENSE的觸發(fā)門限為200mV。選擇RDS(ON) = 0.2Ω的MOSFET作為M2,可以獲得大約1A的過載門限。有關(guān)延時和定時信息,請參考器件數(shù)據(jù)資料。
圖1. 兩芯片熱插拔控制方案,在正、負(fù)兩個低壓電源通道均提供過載故障檢測。
單芯片方案
圖2電路為正、負(fù)電源同時提供限流、熱插拔啟動控制功能,但僅為+5V電源提供斷路器功能。以下介紹的單芯片方案利用MAX5904同時支持+5V和-5.2V的熱插拔,MAX5904設(shè)計用于控制兩路正電源的帶電插拔,按照如下電路設(shè)計,可以用其控制一路正電源和一路負(fù)電源。選擇MAX5904的優(yōu)勢是能夠控制兩路電源,并且只需要很少的外部元件。
按照以下配置,MAX5904可以將+5V電源當(dāng)作+10.2V電源控制,提供斷路器功能;將-5.2V電源當(dāng)作+5.2V電源處理,實現(xiàn)熱插拔管理功能。
- MAX5904的GND引腳接-5.2V
- IN1和SENSE1引腳接地
- IN2引腳接+5V
當(dāng)MAX5904處于關(guān)閉狀態(tài)時,兩個柵極驅(qū)動輸出均處于-5.2V。導(dǎo)通模式下,GATE2提供比VIN2高出5.4V的驅(qū)動,GATE1提供比VIN1高出5.4V的驅(qū)動。啟動過程中,為+5V和-5.2V提供常規(guī)的浪涌電流限制,但對負(fù)電源沒有斷路器功能,可以安裝一個保險絲提供必要的保護。
MA5904無法檢測負(fù)電源故障,但可以檢測+5V電源的故障。一旦檢測到故障狀態(tài),將同時關(guān)斷兩個通道。經(jīng)過一段延遲時間后,兩個通道將自動重試,重新開啟。利用ON引腳可以實現(xiàn)通/斷控制,但需要一個簡單的電平轉(zhuǎn)換電路,因為MAX5904是以-5.2V為參考點,而非GND。
圖2. 單芯片方案,為正、負(fù)電源提供浪涌電流限制,但-5.2V通道不具備斷路器功能。
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