Vielseitige 80-V-Hot-Swap-Controller treiben große MOSFETs an; Verbessern Sie die Genauigkeit und die Foldback-Strombegrenzung

Einführung Routinemäßige Wartung und Upgrades an hochzuverlässigen Computer-, Netzwerk- und Telekommunikationssystemen erfordern, dass neue oder Ersatzplatinen in einen mit Strom versorgten 48-V-Bus (typisch) eingesetzt werden. Wenn eine Leiterplatte in eine stromführende Rückwandplatine eingesetzt wird, können die Eingangskondensatoren auf der Platine beim Laden hohe Einschaltströme aus dem Rückwandplatinen-Energiebus ziehen. Der Einschaltstrom kann die Steckerstifte und Platinenkomponenten dauerhaft beschädigen sowie die Systemversorgung durchbrechen, wodurch andere Platinen im System zurückgesetzt werden. Die neue LT4256-Familie (LT4256-1 und LT4256-2) bietet eine kompakte und robuste Lösung, um diese Hot-Plugging-Probleme zu beseitigen. Der LT4256 ist so konzipiert, dass er die Versorgungsspannung einer Platine kontrolliert einschaltet, sodass die Platine sicher in eine stromführende Backplane mit einer Versorgungsspannung von 10.8 V bis 80 V gesteckt oder daraus entfernt werden kann. Das Gerät verfügt über eine programmierbare Einschaltstromsteuerung, eine Strombegrenzung, einen programmierbaren Unterspannungsschwellenwert mit einer Toleranz von 1%, einen Überstromschutz und ein Power-Good-Ausgangssignal, das anzeigt, wenn die Ausgangsversorgungsspannung bereit ist. Der LT4256-1 und LT4256-2 werden in einem 8-Pin-SO-Gehäuse angeboten und sind Pin-kompatibel mit dem LT1641-1 und LT1641-2. Die LT4256-Familie erweitert den LT1641 und bietet mehrere überlegene elektrische Spezifikationen (siehe Tabelle 1), die nur wenige geringfügige Komponentenmodifikationen erfordern. Tabelle 1. Unterschiede zwischen LT1641 und LT4256. Spezifikation LT1641 LT4256 Bemerkungen UV-Schwellenwert 1.233V 4V Höhere 1%-Referenz für bessere Störfestigkeit und Systemgenauigkeit FB-Schwellenwert 1.233V 3.99V Höhere 1%-Referenz für bessere Störfestigkeit und Systemgenauigkeit TIMER-Strom ±70% ±26% Genauer TIMEOUT TIMER Shutdown V 1.233V 4.65V Höhere Auslösespannung für bessere Störfestigkeit GATE IPULLUP 10µA 30µA Höherer Strom zur Aufnahme von MOSFETs oder parallelen Geräten mit höherem Leckstrom GATE-Widerstand 1kΩ 100Ω Unterschiedliche Kompensation für Strombegrenzungsschleifen-Foldback ILIM 12mV 14mV Leicht unterschiedlicher Strombegrenzungsauslösepunkt ILIM-Schwelle 47mV . 55mV Leicht unterschiedlicher Auslösepunkt der Stromgrenzwerte Einschaltsequenz Abbildung 1 zeigt eine typische LT4256-Anwendung. Ein externer N-Kanal-MOSFET-Durchgangstransistor (Q1) ist im Leistungspfad angeordnet, um die Einschalt- und Ausschaltcharakteristik der Versorgungsspannung zu steuern. Kondensator C1 steuert die GATE-Anstiegsrate, R7 sorgt für die Kompensation des Stromregelkreises und R6 verhindert hochfrequente Schwingungen in Q1. Wenn die Stromstifte zum ersten Mal Kontakt herstellen, wird der Transistor Q1 ausgeschaltet. Die VCC- und GND-Anschlussstifte sollten länger sein als der Stift, der zu R1 führt, damit sie zuerst verbunden werden und den LT4256 ausgeschaltet halten, bis die Platine vollständig in ihrem Anschluss sitzt. Wenn die Spannung am VCC-Pin über der extern programmierten Unterspannungsschwelle liegt, wird der Transistor Q1 eingeschaltet (Abbildung 2). Die Spannung am GATE-Pin steigt mit einer Steigung von 30 µA/C1 und der Einschaltstrom ist: wobei CL die Gesamtlastkapazität ist. Wenn die Spannung am Messwiderstand 55 mV (typisch) erreicht, wird der Einschaltstrom durch die interne Strombegrenzungsschaltung begrenzt. Abbildung 1. Typische Anwendung. Abbildung 2. Startsignalformen. Kurzschlussschutz Der LT4256 verfügt über eine programmierbare Foldback-Strombegrenzung mit einem elektronischen Schutzschalter, der vor Kurzschlüssen oder zu hohen Lastströmen schützt. Die Strombegrenzung wird eingestellt, indem ein Messwiderstand (R5) zwischen VCC und SENSE platziert wird. Um eine übermäßige Verlustleistung im Durchgangstransistor zu begrenzen und Spannungsspitzen an der Eingangsversorgung bei Kurzschlussbedingungen am Ausgang zu reduzieren, faltet sich der Strom in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung zurück, die intern am FB-Pin erfasst wird. Wenn die Spannung am FB-Pin 0 V beträgt und das Teil in die Strombegrenzung geht, steuert die Strombegrenzungsschaltung den GATE-Pin an, um einen konstanten 14-mV-Abfall über den Messwiderstand zu erzwingen. Wenn die FB-Spannung unter Hochstrombedingungen (aber nicht bei Kurzschluss) linear von 0 V auf 2 V ansteigt, steigt die gesteuerte Spannung am Messwiderstand linear von 14 mV auf 55 mV (siehe Abbildung 3). Bei FB über 2 V werden über den Messwiderstand konstant 55 mV aufrechterhalten. Abbildung 3. Stromgrenzwert-Messspannung vs. FB-Pin-Spannung. Während des Startvorgangs kann eine große Ausgangskapazität dazu führen, dass der LT4256 in die Stromgrenze geht. Der Stromgrenzwert, wenn VOUT niedrig ist, beträgt nur ein Viertel des Stromgrenzwerts im Normalbetrieb und ist zeitlich begrenzt, so dass sorgfältige Aufmerksamkeit erforderlich ist, um einen ordnungsgemäßen Start zu gewährleisten. Die maximale Zeit, die der LT4256 in der Stromgrenze bleiben darf, wird durch den TIMER-Pin-Kondensator definiert. Die Strombegrenzungsschwelle (während des Normalbetriebs) ist: wobei R5 der Messwiderstand ist. Für einen Messwiderstand von 0.02 Ω wird die Stromgrenze auf 2.75 A eingestellt und fällt auf 700 mA zurück, wenn der Ausgang mit Masse kurzgeschlossen wird. Bei einer 48-V-Anwendung wird die Spitzenverlustleistung des MOSFET unter Kurzschlussbedingungen von 132 W auf 33.6 W reduziert. Der LT4256 verfügt außerdem über eine variable Überstrom-Reaktionszeit. Die Zeit, die das Teil benötigt, um die Spannung des GATE-Pins zu regulieren, ist proportional zur Spannung am Messwiderstand R5. Dies trägt dazu bei, die Empfindlichkeit gegenüber Stromspitzen und Transienten zu eliminieren, die ansonsten unnötig eine Strombegrenzungsreaktion auslösen und die MOSFET-Verlustleistung erhöhen könnten. Strombegrenzung TIMER Der TIMER-Pin bietet eine Methode zum Programmieren der maximalen Zeit, die das Teil innerhalb der Strombegrenzung arbeiten darf. Wenn die Strombegrenzungsschaltung nicht aktiv ist, wird der TIMER-Pin von einer 3µA-Stromquelle auf GND gezogen. Wenn die Strombegrenzungsschaltung aktiv wird, wird eine 118 µA Pullup-Stromquelle mit dem TIMER-Pin verbunden und die Spannung steigt mit einer Steigung gleich 115 µA/C2 an. Sobald die gewünschte maximale Strombegrenzungszeit gewählt ist, ist der Kondensatorwert: Wenn der TIMER-Pin 4.65 V (typ.) erreicht, wird der interne Fehlerspeicher gesetzt, wodurch das GATE auf Low gezogen und der TIMER-Pin durch den . auf GND entladen wird 3µA Stromquelle. Der LT4256-1 schaltet nach einem Strombegrenzungsfehler ab. Der LT4256-2 schaltet sich erst wieder ein, wenn die Spannung am TIMER-Pin unter 0.65 V (typ.) fällt. Unterspannungserkennung Der LT4256 verwendet den UV-(Unterspannungs-)Pin zur Überwachung der VIN und bietet dem Benutzer die größtmögliche Flexibilität bei der Einstellung der Betriebsschwelle. Abbildung 1 zeigt auch die UV-Pegelprogrammierung über einen Widerstandsteiler (R1 und R2). Wenn der UV-Pin unter 3.6 V sinkt, wird der GATE-Pin sofort auf Low gezogen, bis die UV-Pin-Spannung über 4 V steigt. Der UV-Pin wird auch zum Zurücksetzen des Strombegrenzungsfehlerspeichers verwendet, nachdem der LT4256-1 ausgeschaltet wurde. Dies wird erreicht, indem der UV-Pin für mindestens 5 µs geerdet wird. Automatischer Neustart und Latch-Off-Betrieb Nach einem aktuellen Fehler bietet der LT4256-2 einen automatischen Neustart, indem Q1 eingeschaltet wird, wenn die Spannung am TIMER-Pin auf 650 mV abgesunken ist. Bleibt der Überstromzustand am Ausgang bestehen, wiederholt sich der Zyklus, bis der Überstromzustand beseitigt ist. Das Tastverhältnis unter Kurzschlussbedingungen beträgt 3%, was eine Überhitzung von Q1 verhindert (siehe Abbildung 4). Abbildung 4. Strombegrenzungswellenformen des LT4256-2. Der LT4256-1 schaltet sich nach einem aktuellen Fehler ab (siehe Abbildung 5). Nachdem der LT4256-1 ausgeschaltet wurde, kann ihm ein Neustart befohlen werden, indem UV auf Masse und dann über 4 V geschaltet wird. Dieser Befehl kann nur akzeptiert werden, nachdem der TIMER-Pin unter den Schwellenwert von 0.65 V (typ.) entladen wurde (um eine Überhitzung des Transistors Q1 zu verhindern). Abbildung 5. Wellenformen der Strombegrenzung des LT4256-1. Power Good Detection Der LT4256 enthält einen Komparator zur Überwachung der Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung wird über den FB-Pin über eine externe Widerstandskette erfasst. Wenn der FB-Pin über 4.45 V geht, gibt der Ausgang des Komparators den PWRGD-Pin frei, damit er extern hochgezogen werden kann. Der Ausgang des Komparators (PWRGD-Pin) ist ein offener Kollektor, der unabhängig von VCC mit einer Pullup-Spannung von bis zu 80 V betrieben werden kann. GATE-Pin Der GATE-Pin wird auf maximal 12.8 V über der VCC-Spannung geklemmt. Diese Klemme dient dazu, den internen Ladungspumpenstrom zu senken. Von VOUT zu GATE muss eine externe Zenerdiode verwendet werden. Wenn die Eingangsversorgungsspannung zwischen 12 V und 15 V liegt, beträgt die minimale Gate-Ansteuerspannung 4.5 V und ein MOSFET mit Logikpegel muss verwendet werden. Wenn die Eingangsversorgungsspannung höher als 20 V ist, beträgt die Gate-Ansteuerspannung mindestens 10 V, und ein MOSFET mit einer Standardschwellenspannung kann verwendet werden. Fazit Der umfassende Satz fortschrittlicher Schutz- und Überwachungsfunktionen des LT4256 macht ihn in einer Vielzahl von Hot Swap™-Lösungen einsetzbar. Es kann so programmiert werden, dass es die Anstiegsrate der Ausgangsspannung und den Einschaltstrom steuert. Es verfügt über eine programmierbare Unterspannungsschwelle und überwacht die Ausgangsspannung über den PWRGD-Pin. Der LT4256 bietet eine einfache und flexible Hot-Swap-Lösung mit nur wenigen externen Komponenten.

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