El controlador de intercambio en caliente DFN de 3 mm x 2 mm es perfecto para aplicaciones residenciales o aeronáuticas de 1V-6V

Introducción

Los dispositivos electrónicos de alta disponibilidad, como los que se utilizan en las telecomunicaciones, el procesamiento de transacciones en tiempo real, los hospitales y los sistemas de control del tráfico aéreo, no pueden tolerar ningún tiempo de inactividad. Estos sistemas deben continuar funcionando incluso cuando se agregan o eliminan componentes (intercambio en caliente) para expansión, actualizaciones o mantenimiento. Los sistemas Hot Swap™ deben diseñarse cuidadosamente para evitar que se quemen las placas de circuito impreso y se produzcan caídas de tensión, lo que puede ocasionar reinicios del sistema y pérdida de datos. El LTC4224 garantiza un diseño confiable de intercambio en caliente al tiempo que simplifica y reduce el tamaño total de la solución. Lo hace mediante la combinación de dos controladores Hot Swap independientes y ricos en funciones para aplicaciones de 1 V a 6 V en un paquete DFN de 3 mm × 2 mm.

La Figura 1 muestra un diagrama de bloques del LTC4224. el es DELANTERO El pin se usa para habilitar o deshabilitar un MOSFET de canal N externo a través del pin GATE. Cuando se activa, una bomba de carga interna tira del GATE por encima del riel de alimentación para mejorar completamente el MOSFET, reduciendo su resistencia en serie a unos pocos mΩ. La capacidad del LTC4224 para derivar energía del mayor de sus dos suministros le permite controlar voltajes de carga tan bajos como 1 V. La limitación de corriente activa (ACL) opera en el GATE cuando la corriente de carga provoca una caída de voltaje de más de 25 mV a través del sentido de la resistencia. Un disyuntor electrónico (ECB) actúa como un temporizador, bloqueando el MOSFET en caso de una sobrecarga de corriente prolongada.

Operación

La Figura 2 muestra el LTC4224 con dos MOSFET de canal N y dos resistencias de detección en una aplicación Hot Swap residente en el backplane de 5 V. Primero el DELANTERO el pin se eleva en ausencia de una placa de expansión y la GATE se mantiene baja, apagando el MOSFET. Cuando una tarjeta de expansión está completamente insertada en el conector del backplane, el DELANTERO el pin se tira hacia abajo a través de las conexiones a tierra en el conector de la placa. Falso DELANTERO las transiciones pueden ocurrir cuando se unen las conjunciones. Para evitar que el MOSFET se encienda demasiado pronto, el LTC4224 espera estas transiciones de corto plazo con un retardo previo interno de 10 ms que se reinicia cada vez DELANTERO altas transferencias.

Para encender el MOSFET, una bomba de carga interna proporciona 10 µA para iniciar suavemente el GATE con una velocidad de giro de 10 µA/C_EEIdonde esta c_EEI es la capacitancia de puerta del MOSFET externo. La corriente de irrupción inicial fluye a través del capacitor de carga C_AFUERA limitado a (C_AFUERA/ VS_EEI) • 10µA. Sin embargo, si la caída de voltaje de la resistencia de detección se vuelve demasiado grande, la corriente de irrupción se limita a 25 mV/R._SENTIDO en la LCA. El ECB monitorea la ACL, y si detecta que el límite de corriente aún está activo 5 ms después de que GATE comience a aumentar, el MOSFET se bloquea y ALGUNO derribar si c_AFUERA no se puede cargar lo suficiente durante este período, conecte el condensador GATE a tierra para reducir la corriente de irrupción, como se muestra en la Figura 3. Con C_PORTÓNla corriente de irrupción se reduce a (C_AFUERA/(contra_PORTÓN +c_EEI)) • 10 µA. Arreglo en C_PORTÓN por lo tanto, mantener la corriente de irrupción por debajo del umbral de ECB evita fallas de ECB con condensadores de carga grandes.

Protección contra la sobretensión

Una característica importante del LTC4224 es su umbral de disyuntor electrónico (ECB) de 25 mV con una tolerancia del 10 %. Este umbral BCE bajo permite el uso de resistencias de detección con valores nominales de potencia más bajos y, por lo tanto, paquetes más pequeños. Además, el umbral de ECB no debe reducir demasiado la tolerancia de tensión de alimentación de los circuitos aguas abajo. Por ejemplo, si los circuitos aguas abajo pueden tolerar una variación máxima del 5 % en el suministro de 1 V, el umbral ECB del controlador Hot Swap aguas arriba debe estar muy por debajo de 50 mV.

Para evitar que el MOSFET externo se dañe por una disipación de energía excesiva, la limitación de corriente activa (ACL) controla la compuerta para limitar la caída de voltaje de la resistencia de detección a aproximadamente 25 mV. Para minimizar los componentes externos, el bucle limitador de corriente se compensa con una capacitancia de puerta parásita C_EEI del MOSFET y permanece constante para C_EEI valores tan bajos como 600pF. Durante la ACL, el ECB se activa e inicia un tiempo de espera interno de 5 ms. La forma de onda de la Figura 4 muestra la limitación de corriente del LTC4224 y luego la sujeción del MOSFET debido a una pequeña sobrecarga de corriente en la salida que dura más de 5 ms. ALGUNO trapos tirados; esto podría indicarle al microprocesador que tome medidas o encender un LED para llamar la atención del operador.

En el caso de un cortocircuito grave, la corriente suele exceder en gran medida el nivel límite de corriente porque la sobrecarga de puerta del MOSFET externo es inicialmente grande. El LTC4224 responde en menos de 0,1 µs para descargar rápidamente la compuerta con un sumidero de corriente de 100 mA. La Figura 5 muestra el LTC4224 que regula la corriente en menos de 0,5 µs cuando un riel de 3,3 V se corta en una carga de 10 mΩ sin capacitancia de carga. La falta de subimpulso de la puerta también se debe a la ACL rápida, a pesar de la velocidad a la que se descarga la puerta. La corriente máxima potencial está determinada por las resistencias de CC a lo largo de la ruta de suministro (resistencia de seguimiento + R.)._DSON MOSFET+R_SENTIDO + 10 mΩ), aunque la inductancia parásita del camino limita la velocidad de respuesta actual.

Una vez que se desbloquea el MOSFET, el DELANTERO el pin se debe tirar por encima de 0,8 V para restablecer el pestillo de falla interna. También puede reciclar el suministro por debajo de su nivel UV. El LTC4224-1 se bloquea después de una falla y el LTC4224-2 intenta encenderse automáticamente cuatro segundos después del bloqueo.

Aplicación Transceptor óptico de intercambio en caliente

Los transceptores ópticos, como los especificados para los populares acuerdos multifuente (MSA) XENPAK/X2, se utilizan en enrutadores de red de banda ancha como interfaz entre señales ópticas y eléctricas. La MSA exige la capacidad de conexión en caliente para los módulos transceptores, que se alimentan a 5 V, 3,3 V y 1.xV.

En la Figura 6 se muestra una aplicación Hot Swap basada en el LTC4224 para los rieles de 5 V y 3,3 V. Por lo general, un convertidor CC/CC dedicado controla el riel 1.xV y limita la corriente de entrada para cada módulo. Dado que el módulo óptico consume relativamente poca energía, un FET dual como el FDS6911 es un buen candidato para los interruptores de alimentación, lo que reduce los costos y minimiza el espacio. Para la solución más pequeña, las resistencias de detección se seleccionan en el tamaño de paquete 0603. La Figura 7 muestra la solución completa, que se ajusta al tamaño del paquete SO8. En una aplicación en la que los tres rieles de alimentación deben intercambiarse en caliente, se pueden usar tres LTC4224 para controlar la alimentación de dos módulos, todo en una solución que no supera el espacio ocupado por un gabinete SO8.

Aplicación de intercambio en caliente de 5 V/5 A, 3,3 V/5 A

El LTC4224 también puede residir en una placa de expansión, como se muestra en la Figura 8. No hay condensadores de tierra en las entradas, ya que pueden generar una gran corriente de entrada. dibujar. En su lugar están las redes Suplemento de Tensión Transitoria (Z1 y Z2) y RC Snubber. Durante el transitorio actual, la patada inductiva puede hacer que el suministro de entrada se abra más allá del valor máximo absoluto (ABSMAX) de los pines de entrada del LTC4224 sin el TVS. Al sujetar el voltaje, el TVS protege al LTC4224 de daños y la clasificación ABSMAX de 9 V brinda margen para la selección de TVS. Un amortiguador atenúa los tanques LC falsos para eliminar el zumbido en los suministros de entrada. El Si7336ADP fue elegido por su SOA de 20 V, voltaje de ruptura Gate-Source y bajo R_DSON.

Conclusión

El LTC4224 simplifica el diseño de aplicaciones de intercambio en caliente de bajo voltaje al integrar dos controladores de intercambio en caliente y circuitos de temporización en un pequeño paquete DFN de 3 mm × 2 mm. La limitación de corriente rápida garantiza que las perturbaciones del sistema se minimicen durante grandes sobrecargas y que las fallas se aíslen rápidamente. El LTC4224 ofrece una solución de intercambio en caliente completa y robusta para módulos ópticos XENPAK/X2 que se pueden implementar en un espacio SO8.