美国国家半导体产品设计工程师/ Neil Gutierrez简介热插拔定义为在操作期间从背板插入或移除卡。技术广泛用于电信服务器，USB接口，Firewire接口和CompactPCI应用[参考文献1]。技术可在保持系统背板电压的同时替换故障卡，而系统中的其他普通卡仍可运行。是，在有源背板上的热插拔期间，电路板上的电容器构成危险，因为它们只能提供非常弱的阻抗路径到电源，这可能导致重大的时间损失。涌电流。涌电流会损坏电路板上的电容器，电线和连接器。外，由于过载电流，系统电压可能会降至系统重启阈值以下，这将导致连接到背板的其他板重新启动。插拔控制器设计用于通过控制外部FET来限制浪涌电流（图1）。
外，控制器还可以在输出短路接地或发生大负载瞬变时限制电流。选择合适的FET时，设计人员通常认为FET足以承受直流负载和最大输入电压。是如果控制器出现问题，而控制器又是唯一能够控制电流的元件，则这种控制器无法保证FET在所有工作条件下都处于安全工作范围内。文比较了两个控制器，一个具有有限的电流控制，另一个具有带电源控制和电流限制的热插拔控制器，例如National Semiconductor LM5069。以看出，只要电流和功率限制功能组合在一起，FET就可以处于SOA范围内，无论正常工作条件或短路故障如何。制器图1显示了LM5069热插拔控制器。
浪涌电流通过检测电阻（Rsns）时检测到浪涌电流，控制器只允许预定的最大电压通过Rsns。果电压增加并超过该最大电压值，则控制器将调节栅极电压以将电流保持在该极限，并且电流限制将保持有限的时间段，电流限制允许的最大时间也将保持。用的电流，故障阈值和电容用于确定并由定时器引脚（TIMER）编程。
旦TIMER达到故障的临界值，控制器将禁用门，输出将保留系统输入电压。统中的欠电压和过电压分别由UVLO和OVLO引脚上的电阻分压器检测。组件验证输入电压是否在指定范围内或大于欠压阈值或低于过压阈值。果输入电压超出指定范围，门将关闭。源良好引脚（PGD）是开漏输出。输出（VOUT）达到几伏达到输入（VIN）时，开漏提取器件被去激活，PGD被拉到VOUT轨。PGD输出可用于指示下游电路指示电压VOUT是“正常”。
PWR引脚上的电阻决定了FET两端的最大功率限制，稍后将对此进行详细说明。2显示了一个热插拔控制器，它仅限制电流并具有LM5069的所有功能，以及过压限制和功率。
热插拔事件或短路故障期间检查电流时，外部MOSFET必须保持在SOA范围内以避免FET故障。3显示了Vishay FET SUM40N15-38 [参考文献2]的SOA曲线：其最大漏源电压（Vds）为110 V，而在低Vds时，电流受FET的rDS影响。（上）限制。中随时间测量的曲线是FET的最大能量限制。以在SOA曲线上绘制直线（图3中的红线）以表示仅具有电流限制的控制器。正常操作中（即Vds为低），电流限制在最大值5A，FET也在SOA范围内。是，当Vds很大时，控制器限值保持在相同的电流限制，并且根据编程故障的长度，FET可能在SOA范围之外。如，如果系统的背板电压为50 V，电流限制设置为5A且编程的故障时间为40 ms，恒温阀芯则输出短路可能导致FET超出范围。自SOA范围（图3中的红线）。4中的蓝色曲线显示LM5069具有限流和功率限制功能。件的编程电流限制设置为5A，功率限制设置为50W，故障持续时间再次设置为40ms。在，当50V输出短路时，元件不再工作在电流限制模式（5A），而是在有限功率模式（50Vx1A = 50W）下工作。时，FET将始终低于10 ms SOA曲线，以避免FET故障（图3中的蓝色虚线）。似地，当在50 V输出上发生热插拔事件时，功率限制模式将使FET保持在SOA范围内（图3中的蓝色虚线）。Vds <10V时，器件进入电流限制模式，并提供输出所需的电流负载，以便在SOA中维持FET。有当FET提供的功率必须超过50 W的编程限值时，LM5069的功率限制功能才会被激活;否则，它只能通过限流功能控制FET。
量结果在实验中，LM5069和限流控制器板的测量波形都具有相同的50V输入，5A电流限制和40ms故障时间，而LM5069具有50W功率限制功能。个应用卡最终都被负载电阻短路，导致Vds增加。5显示了限流控制元件的波形。出负载将Vds增加到30V。始时，电流限制在5A，但在10 ms后，FET发生故障，输入电压与输出电压短路。入电压阻止并限制电流到电源的电流限制。使定时器达到40ms的时间限制，也不能禁用门，因为FET已经损坏。察SOA曲线，您会发现FET在Vds = 50 V且Ids = 5 A时只能支持10 ms的脉冲。旦FET由于电流限制控制器超过10 ms， FET失效（图9中的红色虚线）。图6所示，输出负载从Vds增加到45V，而LM5069将循环FET的功率限制为50W。旦定时器达到误差阈值，元件就会关闭FET。这种短路的情况下，LM5069能够有效地控制SOA曲线中的FET（图8中的蓝色虚线）。7显示LM5069具有多种功能，具有纯电流限制功能。这种情况下，输出负载导致电流增加，但幅度不大，因此Vds不增加。LM5069在限流模式下工作，并将电流限制在5A。40ms编程失败时间后，FET将关闭。样，LM5069控制SOA范围内的FET（图8中的绿色虚线）。论与当前技术兼容的热插拔控制器具有高可靠性，可防止严重的FET故障。了防止FET超出SOA范围，用户必须选择更大的FET和散热器，以实现可靠的故障保护。LM5069在功率和电流限制方面结合了编程功能，因此FET可以保持在SOA安全范围内，而无需大型外部FET。
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