LTC?4212 是一款熱插拔控制器，其允許在帶電背板上安全地插入和拔出電路板。該器件具有 2.5V 至 16.5V 的電源范圍、帶浪涌電流限制的可編程軟啟動、自動重試或鎖存模式操作、用于外部 N 溝道 MOSFET 的高端驅動和雙電平過流故障保護。

與許多熱插拔控制器不同，LTC4212 并不直接監視 MOSFET 的負載側。相反，LTC4212 與外部電源監視器 IC 接口，或直接與開關穩壓器的 PGOOD 引腳接口。這允許 LTC4212 監視電路板上任意數量的電源。它具有上電超時功能，當受監控電源未在可編程超時周期內上電時，該功能可將卡與背板電源斷開，并具有毛刺濾波器，用于在正常上電后抑制受監控電源中的短期毛刺。

圖 1 示出了一個典型應用，該應用使用 LTC1727-2.5V 來監視兩個 LDO （LT1963） 的輸出和外部 N 溝道 MOSFET 源極 （負載） 上的 5V 輸出。

圖1.具有上電超時和毛刺濾波功能的熱插拔控制器。

上電超時功能

LTC4212 具有一種上電超時功能，該功能通過 3 個引腳實現：PGI、PGT 和 PGF。PGI （或電源良好輸入） 引腳是一個高阻抗輸入引腳，通常連接到電源監視器 IC （如 LTC1727）的 RST 或 COMPn 引腳，或一個或多個 DC/DC 轉換器的 PGOOD 引腳。由于 RST、COMPn 和 PGOOD 引腳通常是漏極開路引腳，因此 LTC4212 只需將漏極開路引腳連接在一起即可監視任意數量的電源。PGI引腳在監視漏極開路引腳時需要一個上拉電阻（圖4中的R1）。

電源良好定時器

一個外部電容器 （CPGT） 從 PGT （電源就緒定時器） 引腳連接到地，設定上電超時周期，LTC4212 在該周期結束時對 PGI 引腳進行采樣。超時周期為 1.81s/μF，假設采用理想電容器，則精度在 ±10% 以內。電源良好定時器對C 進行充電和放電PGT在 0.65V 至 0.95V 之間，使用 5μA 電流源 14 個周期來產生超時周期。如果采樣時PGI引腳小于1.236V，則PGT觸發電子斷路器（ECB）。這會導致GATE引腳立即被拉至地，以斷開電路板與背板電源的連接，并且FAULT引腳變為低電平，以指示ECB跳閘。

電源良好毛刺濾波器

另一個外部電容器 （CPGF） 從 PGF（電源良好濾波器）引腳連接到地，設置 PGI 引腳的毛刺濾波器的持續時間。正常上電后，毛刺濾波器使能，以抑制PGI引腳上的任何短期脈沖。CPGF只要PGI引腳為低電平，就由一個5μA上拉電流源充電。當受監控電源跌落失穩壓時，PGI引腳變為低電平，VPGF開始加速。當它升至1.236V以上時，毛刺濾波器觸發ECB。柵極引腳立即被拉至地，故障引腳變為低電平。

電子斷路器

電子斷路器 （ECB） 可能會因過流故障、電源良好超時故障或毛刺濾波器故障而跳閘。當 ECB 跳閘時，GATE 引腳立即被拉至地，以斷開電路板與背板電源的連接。每當 ECB 跳閘時，FAULT 引腳都會被拉低。為了重新連接電路板，ON引腳必須保持低電平至少120μs，以復位ECB或V抄送必須低于2.2V，持續30μs以上。

過流保護

通過監測外部檢測電阻兩端的電壓來檢測負載電流（R意義在圖 1 中）。上電期間，軟啟動電路將負載電流限制在 50mV/R意義.正常上電后，2個比較器FASTCOMP和SLOWCOMP監視負載電流。如果負載電流超過 150mV/R，FASTCOMP 會跳閘 ECB意義500ns 并保護外部 MOSFET 和負載免受快速和大過流條件的影響。如果負載電流超過 50mV/R，SLOWCOMP 會跳閘 ECB意義超過18μs。

典型應用

圖 1 示出了 LTC1727-2.5 三通道電源監視器，它提供了三個比較器來監視 VCCA、VCC3 和 VCC25 引腳上的電壓。每個比較器在50μs內響應10%的過驅，響應時間隨過驅而縮短。當過驅為1%時，響應減慢至150μs。對于VCC3和VCC25，每個比較器的最大跳變點為–5%，對于VCCA，每個比較器的最大跳變點隨R5和R6而變化。將R5設置為11.8k，將R6設置為3.01k，將VCCA比較器的跳變點設置為4.75V或5V–5%。當三個受監控電源中的任何一個低于–5%約60μs時，相應的漏極開路輸出COMP3、COMP25或COMPA被拉低。在圖 1 中，所有三個漏極開路輸出均短接至 LTC4212 的 PGI 引腳，并共用一個上拉電阻器 R4。

LT?1963-2.5 和 LT1963-3.3 是快速瞬態響應 LDO 穩壓器，能夠在 1.5V （+2%， –5.3%） 和 3.5V （±3%） 的電壓下分別提供 3.3A 的輸出電流。為了防止振蕩，需要10μF的最小輸出電容（ESR為3Ω以下），并且可能需要更大的電容來限制紋波或改善大瞬態負載下的瞬態響應。

正常上電順序

圖2顯示了空載2.5V、3.3V和5V輸出的正常上電時序。當 V抄送上升到 2.2V 以上且 ON 引腳大于 1.316V，LTC4212 啟動第一個定時周期。一個 1μA 電流源為一個外部電容器 （C定時器） 從定時器引腳連接到地。當 V定時器升至1.236V以上，TIMER 引腳立即被拉至地，C定時器出院。啟動第二個定時周期并啟用 FASTCOMP。

圖2.正常上電順序（無負載）。

在第二個定時周期內，LTC4212 中的軟起動電路利用 GATE 引腳來調節 50mV/RSENSE 的浪涌電流。2μA 電流源重新使能以對 CTIMER 充電。從第二個周期開始，GATE在大約7ms內上升到最終值。線性穩壓器的輸出在1ms內上升。在第二個定時周期結束時（當VTIMER再次升至1.236V以上時），軟啟動電路被禁用，一個10μA電流源繼續上拉GATE引腳。同時，SLOWCOMP 被使能，定時器引腳被拉回地，LTC4212 啟動電源就緒定時器。超時時，對PGI引腳進行采樣。在圖 2 中，PGI 在超時之前就達到高電平 （>1.236V），電路板保持正常上電狀態。由于PGI引腳僅在超時時采樣，因此電源斜坡期間PGI引腳的任何瞬變都將被忽略。

圖3所示為2.5V和3.3V輸出負載1A時的正常上電時序。

圖3.帶負載上電。

帶故障序列的上電

圖4顯示了5V板電源輸出VCCA短路時的上電情況。在第二個定時周期中，柵極電壓最初上升到FET剛導通的程度。之后，由于軟啟動電路的作用，它將負載電流限制在50mV/RSENSE或大約7A，因此變平。VCC 背板電源驟降 0.5V，原因是互連中的 7A 電流流入 5V、10A 限量電源。在第二個周期結束時，軟啟動電路被一個10μA上拉電流源取代。這會使FET的柵極斜坡上升，負載電流上升，直到SLOWCOMP跳閘ECB。當快速下拉電路被激活時，柵極電壓在1μs至2μs內下拉。雜散電感導致 VCC 電源在負載電流端接時出現尖峰。當 ECB 跳閘時，電源良好定時器和毛刺濾波器被禁用。

圖4.上電時，5V 輸出短路至 GND。

如果任何LDO輸出短路至地，LDO中的短路保護可降低故障電流，并且電路板在第二個定時周期后不會閉鎖。如圖5所示，電源良好定時器在超時時對PGI引腳進行采樣，并在PGI為低電平時觸發ECB。GATE引腳立即被拉至地，以斷開電路板與背板電源的連接。

圖5.上電時，3.3V輸出短路至GND。

圖6顯示了毛刺濾波器在正常上電后對20V輸出端5μs過載的響應。LTC1727-2.5 中的比較器在 5V 電源或任何 LDO 輸出降至其下限閾值以下時將 PGI 降至低電平。毛刺濾波電容（CPGF） 在 PGI 變為低電平時由一個 5μA 上拉電流源充電。第一個PGF斜坡是由于20μs過載，但VPGF不會斜坡超過1.236V。第二個脈沖是5V線性穩壓器從過載中恢復所需的時間的結果，并且足夠長V。PGF斜坡上升到1.236V以上，導致毛刺濾波器使ECB跳閘。GATE引腳立即被拉到地，以斷開電路板與背板電源的連接。如果PGF引腳接地，PGF引腳將永久保持在1.236V以下，并且毛刺濾波器被有效禁用。將 PGF 接地會導致 LTC4212 在正常上電之后忽略一種低 PGI 狀態。

圖6.毛刺過濾器操作。

與 RST 引腳接口

LTC4212 的 PGI 引腳可連接至 RST 引腳，而不是 LTC1727-2.5 的 COMPx 引腳。與 COMPn 引腳相比，RST 引腳延遲 200ms，必須調整 CPGT 以包括 200ms 延遲，電路板才能正常上電。此外，如果被監控電源上的任何瞬變超過LTC1727-2.5中比較器的響應時間，都將導致RST變為低電平至少200ms。這會導致毛刺濾波器使 ECB 跳閘。

自動重試應用程序

圖7顯示了一個應用，該應用在ECB因負載電源輸出短路而跳閘后自動嘗試為電路板上電。該電路使用 LTC1326-2.5 電源監視器芯片，并將其 RST 輸出連接至 LTC4212 的 PGI 引腳。在所有監控電壓上升到 LTC1326-2.5 中 VCCA、VCC3 和 VCC25 比較器的門限以上后，RST 信號變為高電平 200ms。ON引腳短路至FAULT引腳，并由一個1MΩ電阻（RAUTO）上拉至VCC。從RAUTO下端連接到地的2μF電容（CAUTO）設置了自動重試占空比。只要短路持續存在，LTC4212 就會重試。必須選擇RAUTO和CAUTO以保持較低的占空比，以防止外部N溝道MOSFET過熱。

圖7.自動重試應用程序。

圖8顯示了5V輸出短路至地時的自動重試周期。SLOWCOMP在第二個計時周期后使歐洲央行跳閘。這會導致 FAULT 引腳被內部 N 溝道 FET 拉低，CAUTO 被放電至地。GATE引腳立即被拉到地以斷開電路板的連接。請注意，在圖8中，時基設置使第一個和第二個時序周期顯示為單個尖峰。當ON引腳低于其0.455V（典型值）的下限閾值超過120μs時，ECB復位。FAULT 引腳上的內部 N 溝道 FET 關斷，RAUTO 開始向 VCC 緩慢充電。

圖8.5V 輸出短路時自動重試。

當 ON 引腳上升到其 1.316V 的上限門限以上時，LTC4212 嘗試重新連接電路板并開始第一個定時周期。如圖8所示，在5V輸出端出現死短路時，當軟啟動電路被禁用并且一個10μA上拉電流源連接到GATE引腳時，ECB在第二個定時周期后跳閘。重復整個循環，直到短路被移除。每個周期的持續時間取決于在ON引腳的下限和上限閾值電壓之間對CAUTO充電所需的時間。當RAUTO = 1MΩ和CAUTO = 2μF時，周期時間為800ms。開關導通約6ms，占空比為0.75%。

在第二個定時周期結束時，由于軟啟動電路的作用（將電流限制在50mV/RSENSE）和5V輸出端存在短路，GATE引腳約為3V。10μA 電流源需要幾毫秒才能使 3.3nF 的 GATE 引腳電容斜坡上升。因此，SLOWCOMP傾向于絆倒歐洲央行而不是FASTCOMP。

當任一LDO的輸出短路上電時，LDO中的短路保護可降低故障電流。在電源良好超時周期結束時，由于短路，PGI引腳仍然很低。如圖9所示，如果過載不足以使SLOWCOMP和FASTCOMP跳閘，則外部N溝道MOSFET在每個自動重試周期中導通較長時間。當 RAUTO = 1MΩ 和 CAUTO = 2μF 時，占空比增加到 29%，導致 LT1963-2.5 LDO 在 25°C 的環境溫度下加熱至 106°C 的外殼溫度。 在較高的環境溫度下工作時，需要更大的CAUTO值。Si4410DY MOSFET 由于其低 RDS（ON） 而不會明顯發熱。

圖9.LDO輸出短路時自動重試。

如果 LDO 輸出端的瞬態短路足夠長，導致 LTC1326-2.5 中的監視比較器 （典型延遲為 13μs） 切換，則 RST 輸出將變為低電平至少 200ms。如圖 10 所示，電源良好毛刺濾波器觸發 ECB 并啟動自動重試周期。

圖 10.由 2.5V 輸出的瞬態短路引起的自動重試。

結論

LTC4212 簡化了具有多個電源的熱插拔板的設計。電源 IC 或電源監視器 IC （例如 RST、PGOOD 和 COMPn） 的狀態輸出通常是漏極開路輸出，可連接在一起并由 LTC4212 的 PGI 引腳進行監視。如果任何電源在編程的時間段內無法上電，電源良好定時器會自動斷開卡與底板電源的連接。正常上電后，毛刺濾波器提供了一種檢測失調電源的方法，同時抑制持續時間短于可編程時間段的驟降。

審核編輯：郭婷