LTC4228-1/LTC4228-2：理想二極管與熱插拔控制器的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理和熱插拔功能至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討 Linear Technology 公司的 LTC4228-1/LTC4228-2 雙理想二極管和熱插拔控制器，看看它是如何在眾多應(yīng)用中發(fā)揮出色作用的。

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一、產(chǎn)品特性

1. 電源路徑與浪涌電流控制

LTC4228 能夠?qū)θ哂嚯娫催M(jìn)行電源路徑和浪涌電流控制，用低損耗的 N 溝道 MOSFET 替代功率肖特基二極管，不僅降低了功耗，還節(jié)省了電路板空間。同時，它能保護(hù)輸出電壓免受輸入欠壓的影響，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 快速響應(yīng)與故障保護(hù)

該控制器能在 ≤1μs 內(nèi)限制峰值故障電流，通過可調(diào)節(jié)的電流限制和斷路器功能，有效保護(hù)外部 MOSFET。此外，它還具有可調(diào)節(jié)的電流限制故障延遲，實現(xiàn)平滑切換而無振蕩。

3. 理想二極管特性

理想二極管的開啟和關(guān)斷時間僅為 0.5μs，能快速響應(yīng)電源切換，減少負(fù)載電壓下降。同時，提供狀態(tài)、故障和電源良好輸出，方便系統(tǒng)監(jiān)控。

4. 故障處理方式

LTC4228-1 在故障后鎖定關(guān)閉，而 LTC4228-2 則在故障后自動重試，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 冗余電源

在需要高可靠性的電源系統(tǒng)中，LTC4228 可實現(xiàn)冗余電源的無縫切換，確保系統(tǒng)持續(xù)供電。

2. MicroTCA 系統(tǒng)和服務(wù)器

為 MicroTCA 系統(tǒng)和服務(wù)器提供熱插拔功能，允許在不中斷系統(tǒng)運(yùn)行的情況下插入和拔出電路板。

3. 電信網(wǎng)絡(luò)

在電信網(wǎng)絡(luò)中，保障電源的穩(wěn)定供應(yīng)，提高系統(tǒng)的可靠性和可用性。

4. 電源優(yōu)先級排序

可實現(xiàn)電源的優(yōu)先級排序，確保重要設(shè)備優(yōu)先獲得電源供應(yīng)。

三、典型應(yīng)用

以 μTCA 應(yīng)用為例，LTC4228 能有效控制插入卡的電源，實現(xiàn)熱插拔功能。通過外部 N 溝道 MOSFET 和電流檢測電阻，限制浪涌電流，保護(hù)系統(tǒng)免受故障影響。

四、電氣特性與性能

1. 電源參數(shù)

輸入電源范圍為 2.9V 至 18V，輸入電源電流為 2.5 至 5mA。內(nèi)部穩(wěn)壓器電壓穩(wěn)定在 4.5 至 5.6V 之間。

2. 理想二極管控制

正向調(diào)節(jié)電壓為 10 至 40mV，外部 N 溝道柵極驅(qū)動電壓根據(jù)不同條件進(jìn)行調(diào)整。二極管 MOSFET 導(dǎo)通檢測閾值為 0.3 至 1.1V。

3. 熱插拔控制

電路斷路器跳閘檢測電壓為 47.5 至 52.5mV，有源電流限制檢測電壓為 55 至 75mV。熱插拔 MOSFET 的開啟和關(guān)閉時間可根據(jù)不同條件進(jìn)行調(diào)整。

五、設(shè)計與應(yīng)用注意事項

1. 內(nèi)部 (V_{CC}) 電源

LTC4228 通過內(nèi)部低壓差穩(wěn)壓器（LDO）將電源調(diào)節(jié)為 5V，由內(nèi)部二極管或電路選擇最高電源供電。建議在 (INTV_{CC}) 和 GND 引腳之間連接 0.1μF 電容進(jìn)行旁路。

2. 開啟順序

正常上電時，理想二極管 MOSFET 首先開啟，隨后熱插拔 MOSFET 在經(jīng)過 100ms 去抖周期后開啟。通過外部檢測電阻限制浪涌電流，當(dāng) MOSFET 的柵極過驅(qū)動電壓超過 4.2V 時，PWRGD 引腳拉低。

3. 關(guān)閉順序

多種條件可導(dǎo)致外部 MOSFET 關(guān)閉，如 ON 引腳電壓低于 1.155V、EN 引腳電壓高于 1.235V 或過流故障等。當(dāng) (INTV_{CC}) 電壓低于 2.2V 時，所有 MOSFET 關(guān)閉。

4. 過流故障處理

LTC4228 具有可調(diào)節(jié)的電流限制和斷路器功能，當(dāng)檢測到過流故障時，經(jīng)過故障濾波延遲后，斷路器跳閘，熱插拔 MOSFET 關(guān)閉。LTC4228-1 需手動清除故障，而 LTC4228-2 則自動重試。

5. 有源電流環(huán)穩(wěn)定性

通常情況下，外部 N 溝道 MOSFET 的寄生柵極電容可補(bǔ)償有源電流環(huán)。當(dāng)選擇 (C{ISS} leq) 2nF 的 MOSFET 時，可能需要在 HGATE 引腳連接 (R{HG}) 和 (C_{HG}) 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

6. TMR 引腳功能

TMR 引腳連接外部電容 (C{T}) 用于故障濾波，故障濾波延遲和冷卻時間與 (C{T}) 相關(guān)。

7. 電源欠壓監(jiān)測

ON 引腳可監(jiān)測電源欠壓情況，當(dāng)輸入電源低于欠壓閾值時，熱插拔 MOSFET 關(guān)閉。欠壓故障不影響理想二極管功能。

8. 電源良好監(jiān)測

內(nèi)部電路監(jiān)測 HGATE 和 OUT 引腳之間的 MOSFET 柵極過驅(qū)動電壓，通過 PWRGD 引腳報告電源良好狀態(tài)。

9. CPO 和 DGATE 啟動

上電時，CPO 和 DGATE 引腳電壓初始拉低，隨后逐漸上升。內(nèi)部鉗位限制 CPO 和 DGATE 引腳電壓。

10. MOSFET 選擇

選擇 N 溝道 MOSFET 時，需考慮導(dǎo)通電阻、最大漏源電壓和閾值電壓等參數(shù)。

11. CPO 電容選擇

CPO 和 IN 引腳之間的電容 (C{CP}) 推薦值約為理想二極管 MOSFET 輸入電容 (C{ISS}) 的 10 倍。

12. 電源瞬態(tài)保護(hù)

當(dāng)輸入和輸出電容較小時，可采用寬走線、旁路電容或瞬態(tài)電壓抑制器等措施，減少瞬態(tài)電壓對系統(tǒng)的影響。

六、PCB 布局考慮

1. 連接與布線

IN 和 OUT 引腳的走線應(yīng)盡量靠近 MOSFET 的端子，保持走線寬而短，以減少電阻損耗。

2. 旁路電容放置

(INTV{CC}) 引腳的旁路電容 (C{1}) 應(yīng)盡量靠近 (INTV{CC}) 和 GND 引腳，(C{CP1}) 和 (C_{CP2}) 應(yīng)分別靠近 CPO1 和 IN1、CPO2 和 IN2 引腳。

3. 瞬態(tài)電壓抑制器

使用瞬態(tài)電壓抑制器時，應(yīng)將其安裝在靠近 LTC4228 的位置，采用短引腳長度。

七、其他應(yīng)用案例

1. 電源優(yōu)先級排序器

可實現(xiàn)兩個電源的優(yōu)先級排序，確保主要電源優(yōu)先供電，備用電源在主要電源故障時啟用。

2. 熱插拔 MOSFET 位置調(diào)整

在某些應(yīng)用中，可將熱插拔 MOSFET 放置在電源側(cè)，理想二極管 MOSFET 放置在負(fù)載側(cè)，但需選擇合適的 MOSFET 以避免柵源擊穿。

八、總結(jié)

LTC4228-1/LTC4228-2 雙理想二極管和熱插拔控制器具有眾多出色的特性和功能，適用于多種應(yīng)用場景。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)具體需求合理選擇組件，注意 PCB 布局和電源管理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用類似控制器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。