CN114421435B - 一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器 - Google Patents

一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器 Download PDF

Info

Publication number
CN114421435B
CN114421435B CN202210067991.XA CN202210067991A CN114421435B CN 114421435 B CN114421435 B CN 114421435B CN 202210067991 A CN202210067991 A CN 202210067991A CN 114421435 B CN114421435 B CN 114421435B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pin
protector
pmbus
output
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210067991.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114421435A (zh
Inventor
张维
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Simei Semiconductor Technology Co ltd
Original Assignee
Nanjing Simei Semiconductor Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Simei Semiconductor Technology Co ltd filed Critical Nanjing Simei Semiconductor Technology Co ltd
Priority to CN202210067991.XA priority Critical patent/CN114421435B/zh
Publication of CN114421435A publication Critical patent/CN114421435A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114421435B publication Critical patent/CN114421435B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/20—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for electronic equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H02H3/207—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage also responsive to under-voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，包括：主功率电源输入引脚VIN，保护器输出引脚OUT，功率地引脚GND，所述保护器输出引脚OUT和功率地引脚GND之间连接有肖特基二极管；PMBus时钟引脚SCL、PMBus数据引脚SDA、PMBus警告引脚ALERT#和PMBus从地址设定引脚ADDR，所述PMBus警告引脚ALERT#为开放漏级输出，且低电平有效，通过所述PMBus从地址设定引脚ADDR设定保护器的PMBus地址。本发明中，本保护器是一款集成MOSFET的热插拔保护器，用于保护保护器输出端的电路不收输入端瞬态的影响，同时也可以保护输入不受输出短路以及输出瞬态的影响，启动期间，通过控制保护器输出电压的上升速率来限制输入的冲击电流。

Description

一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器
技术领域
本发明涉及热插拔保护器技术领域，尤其涉及一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器。
背景技术
热插拔即带电插拔，热插拔功能就是允许用户在不关闭***，不切断电源的情况下取出和更换损坏的硬盘、电源或板卡等部件，从而提高了***对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等，例如一些面向高端应用的磁盘镜像***都可以提供磁盘的热插拔功能，热插拔电路设计应用非常广泛，作用是对热插拔的设备的元器件、芯片的一种保护措施，本发明提供一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，包括：
主功率电源输入引脚VIN，保护器输出引脚OUT，功率地引脚GND，所述保护器输出引脚OUT和功率地引脚GND之间连接有肖特基二极管；
过压检测输入引脚OV，所述过压检测输入引脚OV设置为高电平将关闭保护器的主功率MOSFET，通过将过压检测输入引脚OV连接到外部电阻分压器来设定电压保护阈值；
输出电流检测引脚IMON，所述输出电流检测引脚IMON提供与流经功率MOSFET成正比的电压信号，通过设定输出电流检测引脚IMON与功率地引脚GND的电阻来设定电流与电压信号的增益；
PMBus时钟引脚SCL、PMBus数据引脚SDA、PMBus警告引脚ALERT#和PMBus从地址设定引脚ADDR，所述PMBus警告引脚ALERT#为开放漏级输出，且低电平有效，通过所述PMBus从地址设定引脚ADDR设定保护器的PMBus地址。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括内部3.3VLDO输出引脚VCC，所述保护器的控制电路均由此电压供电，所述内部3.3VLDO输出引脚VCC上设有1μF的瓷片电容，且位置靠近内部3.3VLDO输出引脚VCC的管脚。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括时钟设定引脚TIMER，通过所述时钟设定引脚TIMER到功率地引脚GND的外部电容，设定热插拔时的电路的延时时间、故障超时周期以及重启时间。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括芯片使能引脚EN和负载供电使能输入引脚LOADEN，所述负载供电使能输入引脚LOADEN和芯片使能引脚EN一同使用，以用来通过数字信号控制保护器的开启以及关断，芯片使能引脚EN高点平时开启保护器，低电平时关断保护器，所述芯片使能引脚EN通过上拉电阻上拉到主功率电源输入引脚VIN实现保护器的自启动。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括输出电压正常指示引脚PG，所述输出电压正常指示引脚PG为开放漏级输出，通过上拉电阻上拉至内部3.3VLDO输出引脚VCC，输出电压正常指示引脚PG高点平时表示保护器正常，低电平时表示保护器输出触发了OV保护。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括软启动引脚SS，通过所述软启动引脚SS到功率地引脚GND的外部电容设定保护器输出电压建立的时间，保护器的内部电路根据设定控制输出电压的上升斜率，所述软启动引脚SS浮空时，软启动时间默认设置为1ms。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括电流限阈值设定引脚ISET，通过所述电流限阈值设定引脚ISET到功率地引脚GND之间的电阻来设定保护器的限流阈值。
作为上述技术方案的进一步描述：
还包括与功率地引脚GND连接的NC引脚。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本保护器是一款集成MOSFET的热插拔保护器，用于保护保护器输出端的电路不收输入端瞬态的影响，同时也可以保护输入不受输出短路以及输出瞬态的影响，启动期间，通过控制保护器输出电压的上升速率来限制输入的冲击电流，输出电压的上升速率由芯片SS引脚的外部电容来设定，利用检测芯片内部MOSFET电流的电流检测技术，通过ISET引脚的对地电阻设定限流点，内部集成了电荷泵，可以为内部的地道通电阻的MOSFET提供驱动而不需要额外的供电，保护器具有电流检测功能，可以产生一个与功率MOSFET成正比的电压型号，PMBus接口可以用来读取保护器的电流，电压，温度以及输入功率等信息，保护器通过PMBus提供可选放电功能，当器件禁用时，可为外部输出电容提供放电路径。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的顶视图；
图2示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的功能框图；
图3示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的EN/LOADEN在锁死模式下的时序图；
图4示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的EN/LOADEN在打嗝模式下的时序示意图；
图5示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的壳温温升与输出电流曲线关系图；
图6示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的高限电流阈值应用典型电路示意图；
图7示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器通过PMBus传输数据的示意图；
图8示出了根据本发明实施例提供的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器的PMBus数据格式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1-8,本发明提供一种技术方案：一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，包括主功率电源输入引脚VIN，保护器输出引脚OUT，功率地引脚GND，保护器输出引脚OUT和功率地引脚GND之间连接有肖特基二极管；
过压检测输入引脚OV，过压检测输入引脚OV设置为高电平将关闭保护器的主功率MOSFET，通过将过压检测输入引脚OV连接到外部电阻分压器来设定电压保护阈值；
具体的，将OV引脚连接到VIN的电阻分压信号就可以轻松的设定输入过压保护阈值，在OV引脚到地放置一个10nF的电容，可以滤除检测信号的高频噪声从而避免过压保护误触发，当OV引脚的电压超过1.21V，输入过压保护将会触发，主功率MOSFET的栅极将被拉低，主功率MOSFET关断，PG信号置为低电平，避免保护器的负载承受过压的风险；
输出电流检测引脚IMON，输出电流检测引脚IMON提供与流经功率MOSFET成正比的电压信号，通过设定输出电流检测引脚IMON与功率地引脚GND的电阻来设定电流与电压信号的增益；
具体的，IMON提供了一个与输出电流成正比的电压信号用来对输出电流进行监测，通常2kΩ的RIMON设置的电流监测增益为20mV/A,为了提高电流监测精度，一般使用精度高于1％的RIMON电阻；
保护器允许用户设定电流监测的比例系数以及电流偏置(IOUT_CAL_GAIN和IOUT_CAL_OFFSET)，用来提高IMON在整个负载范围内的精度，IOUT_CAL_GAIN命令被用来设定在使用不同RIMON情况下设定输出电流计算增益，最大的增益(GAIN)为51.1mΩ，如果使用的是一个较小的RIMON，响应的增益(GAIN)也要设小，默认的IOUT_CAL_GAIN被设置为00C8h，对应RIMON是2kΩ，电流真实值可以通过公式计算；
PMBus时钟引脚SCL、PMBus数据引脚SDA、PMBus警告引脚ALERT#和PMBus从地址设定引脚ADDR，PMBus警告引脚ALERT#为开放漏级输出，且低电平有效，通过PMBus从地址设定引脚ADDR设定保护器的PMBus地址；
具体的，通过PMBus设置打嗝模式或锁死模式，当PMBus寄存器的MFR_CTRL(F0h)设置为1，保护器工作在打嗝模式，在这种模式下，保护器在故障解除后可自动重启，正常工作，当PMBus寄存器的MFR_CTRL(F0h)设置为0，保护器工作在锁死模式，在这种模式下，保护器在故障解除后不可自动重启，需要通过输入电压重新上电或EN重新置高才能重新启动；
通过PMBus设置输出放电功能，当MFR_CTRL(F0h)寄存器的PD位被置1，保护器将工作在Pull-Down模式，在这种模式下，在主功率MOSFET关闭后，内部会有一个300Ω的电阻对输出放电，对输出放电的开始时间是在EN或者LOADEN被置低4ms之后，如果PD位被置0，Pull-Down模式将被禁用，输出电压依靠负载自然放电；
PMBus是一种双线双向串行接口，由一根数据线(SDA)和一根时钟线(SCL)组成，当线路空闲时，线路电压会从外部上拉至总线电压，当连接线路时，由主机生成SCL信号和设备地址以及处理通信时序，其工作机制是基I2C通讯，保护器是一款PMBus从机设备，及支持标准模式(100kHz)也支持快速模式(400kHz和1000kHz)；
为了支持处于同一个PMBus总线上的多个保护器，可以使用ADDR引脚设定保护器的从机地址，ADDR内部电路会产生一个10μA的电流，在ADDR与GND之间连接一个电阻可以设置ADDR引脚的电压，内部ADC会转换ADDR电压并设置PMBus地址，ADDR引脚最多可以设置8个地址，也可以使用MFR_ADDR_PMBUS(F1h)寄存器设定PMBus的地址，地址配置好以后，每一个保护器都将有一个唯一的地址，以下表1显示了ADDR至AGND引脚之间不同电阻值对应的PMBus地址：
表1
序号 RADDR 从机地址
1 2.49kΩ 40h
2 7.5kΩ 41h
3 12.4kΩ 42h
4 17.4kΩ 43h
5 24.9kΩ 44h
6 34.8kΩ 45h
7 47.5kΩ 46h
8 63.4kΩ 47h
具体的，如图7所示，START和STOP是主机发出的信号，表示PMBus转换的开始和结束,START条件定义为当SCL为高电平时，SDA信号由高电平转至低电平,STOP条件定义为当SCL为高电平时，SDA信号由低电平转至高电平，然后由主机生成SCL时钟，传输设备地址，并读取/写入SDA线上的方向位读取/写入，数据通过SDA线以8位字节的方式传送，每个数据的字节都要跟一个应答位；
保护器需要一个启动条件、一个有效的PMBus地址、一个寄存器地址字节和单数据更新数据字节，接受每个字节后，保护器在单个时钟脉冲的高电平期间通过将SDA置低电平来应答，通过有效的PMBus地址选择保护器，保护器会在LSB的下降沿执行更新；
保护器上所有的PMBus项目都是使用定义好的总线协议完成的，以下为采用的协议：通过PEC发送字节、通过PEC接收字节、通过PEC写字节、通过PEC读取字节、通过PEC写文字、通过PEC读取文字、通过PEC读取模块；
具体的，如图8所示，无阴影单元格表示总线主机正在主动驱动总线，阴影单元格表示保护器正在驱动总线，S＝启动条件、Sr＝重复启动条件、P＝停止条件、
--R＝读取位、W＝写位、A＝应答位(0)和A＝应答位(1)，“A”表示ACK(应答)位，如果设备成功接收了传输位，则ACK位是典型的低电平有效(逻辑0)，然而，当接收设备为总线主机时，用于最后读取字节的应答位为逻辑1，用A表示；
保护器PMBus接口支持使用数据表纠错(PEC)字节，PEC字节由保护器在读取器件传送，或者在写操作时有主机发送至保护器，总线主机或保护器哪一个使用PEC位检测错误，取决于目前当前总显示无为读操作还是写操作，如果主机确定读取的PEC字节不正确，则可以在必要时决定重复读取，如果保护器确定写操作期间发送的PEC字节不正确，则忽略该命令(不执行该命令)并设置状态标志，在一组命令中，主机可以选择发送或者不发送PEC字节作为发送给保护器消息的一部分；
PMBus警报响应地址(ARA)是一个专用地址，总线主机可用它来定位需要与之通信的任何设备，主机通常使用一个硬件中断引脚来监控多个设备的PMBus ALERT#引脚，当主机发生中断时，主机使用PMBus接收字节或具有PEC协议的接收字节来发送总线上的信息，主机使用的专用地址为0x0C，任何具有PMBus警报信号的设备都将其自己的7位地址作为数据字节的7个MSB返回，不使用LSB值，可以是1也可以是0，主机从接收的字节读取设备地址，然后处理警报情况，不止一个设备具有有效的PMBus警报信号并试图连接主机，这种情况下，具有最低地址的设备支配总线并成功传送地址至主机，成功发送信号的设备禁用其PMBus警报信号，如果主机看到PMBus警报信号仍然时低电平，它将继续读取地址，直到所有需要与它通信的设备都成功地传输了地址；
保护器使用直接格式数值来表示实际值，例如电压，电流，功率和温度。直接格式的数字采用两字节、2的补码以及二级制整数格式，所有的警告和遥测字的十进制等效值必须限制在0到1023的范围内，将真实值转换为直接格式数值可以通过公式Y＝(mX+b)×10R转换，将直接格式数值转换为真实值可以通过公式转换，其中，Y是直接格式数值，X是计算得到的真实值(电流，电压，功率，温度等)，m是转换系数，b是偏置，R是指数系数，同样的公式适用于电压，电流，功率和温度值的转换；
保护器内部集成了多个可单次编程的存储器(OTP)，此存储器的写操作次数是有限的，剩余可写次数可以通过MFR_OTP_LEFT(FEh)寄存器读取，保护器的可多次擦写存储器可以写35次，以下为PMBus寄存器命令：
(1)OPERATION(01h)：Operation命令是一个可以用PMBus来控制热插拔器件主功率MOSFET开通/关断的命令，Operation命令也可以被用作在保护器触发故障保护后的重新启动，在ON命令之后写一个Off命令可以清除保护器的故障寄存器，在保护器触发故障保护关闭后仅仅写一个ON命令无法清除故障寄存器；
(2)CLEAR_FAULTS(03h)：CLEAR_FAULTS命令是用来重设所有保存的警告和故障标记，如果发出CLEAR_FAULTS命令后仍存在故障或警告，则表明ALT#信号未被清除，或者又立即重新置位，故障停机时发出CLEAR_FAULTS命令不会使MAC5023重启，只有在故障清除后发出OPERATION命令才能重启，此命令使用PMBusTM发送字节协议；
(3)STORE_USER_ALL(15h)：将保护器寄存器中的数据写入OTP存储器中，当保护器从PMBus接口接收到STORE_USER_ALL命令后，开始此操作，此命令无数据字节并且仅仅支持写操作；
(4)RESTORE_USER_ALL(16h)：RESTORE_USER_ALL命令将所有OTP存储器中的内容复制到保护器寄存器中，寄存器中的值将被从OTP存储器中的值覆盖；
(5)CAPABILITY(19h)：CAPABILITY命令返回有关保护器PMBus功能的信息，使用PMBus读字节协议读此命令；
(6)IOUT_CAL_GAIN(38h)：IOUT_CAL_GAIN命令用来设置在使用不同IMON电阻情况下的IOUT计算增益，这个命令用bit[8:0]来设置计算增益，Bit[15:9]用来校正增益以达到更高的精度，Bit[15]用来做增益校正标志位，Bit[14]到bit[9]位计算后的绝对值，增益的校正范围是±3.076％，增益的范围是0到51.1mΩ，增益的真值为IOUT_CAL_GAIN＝Hex(8:0)x0.1mΩ/(1±Hex(14:9)/2048)；
(7)IOUT_CAL_OFFSET(39h)：IOUT_CAL_OFFSET命令用来设定IOUT_CAL_GAIN与真实模拟量的量化误差偏置，此寄存器的设定范围是±7.9A，IOUT_CAL_OFFSET是一个2字节二补整数；
(8)IOUT_OC_WARN_LIMIT(4Ah)：IOUT_OC_WARN_LIMIT命令用来配置或者读取过流故障阈值，如果保护器检测到的功率MOSFET电流超过设定值，IOUT_STATUS标志将会在STATUS_WORD(79h)寄存器中置位，同时将ALERT#置位；
(9)OT_FAULT_LIMIT(4Fh)：OT_FAULT_LIMIT用来配置或读过温故障检测的阈值，如果保护器检测到的温度超过温度设定值，过温故障将会置位，同时会触发过温保护，在STATUS BYTE(78h)和STATUS_TEMPERATURE(7Dh)寄存器中也会标记过温指示。同时ALERT#信号也会置位，OT_FAULT_LIMIT是一个2字节二补整数，Bit[9]是标志位。温度范围是-255℃至+255℃；
(10)OT_WARN_LIMIT(51h)：OT_WARN_LIMIT命令被用来配置或读过温报警的阈值，如果保护器检测到的温度超过温度设定值，过温报警将会置位，同时会过温报警标志将会在STATUS_BYTE(78h)和STATUS_TEMPERATURE(7Dh)寄存器中置位，同时ALERT#信号也会被置位，OT_WARN_LIMIT是一个2字节二补整数，Bit[9]位标志位，其二进制值与真实值的关系与OT_FAULT_LIMIT的相同；
(11)VIN_OV_WARN_LIMIT(57h)：VIN_OV_WARN_LIMIT命令被用来配置或读取输入电压过压告警的阈值，如果保护器检测到VIN电压高于此寄存器设定值，VIN过压(OV)告警指示将在响应的寄存器中置位，同时ALERT#信号也会被置位；
(12)VIN_UV_WARN_LIMIT(58h)：VIN_UV_WARN_LIMIT命令被用来配置或读取输入电压欠压告警的阈值，如果保护器检测到VIN电压低于此寄存器设定值，VIN欠压(UV)告警指示将在响应的寄存器中置位，同时ALERT#信号也会被置位；
(13)POWER_GOOD_ON(5Eh)：POWER_GOOD_ON命令用于设定输出电压正常指示的阈值，默认值为015Ah，对应的电压是10.8V；
(14)POWER_GOOD_OFF(5Fh)：POWER_GOOD_OFF用来设定输出电压异常指示的阈值，默认值为0120h，对应的电压是9V；
(15)STATUS_BYTE(78h)：STATUS_BYTE命令用来反馈保护器状态值，使用PMBusTM读字节协议读此命令，如需清除此寄存器值，需要保护器退出其故障模式，同时使用CLEAR_FAULTS命令；
(16)STATUS_WORD(79h)：STATUS_WORD用来指示MAC5023检测到发生何种故障，如需清除此寄存器值，需要保护器退出其故障模式，同时使用CLEAR_FAULTS命令；
(17)STATUS_INPUT(7Ch)：STATUS_INPUT用来指示保护器的输入电压状态包括过压或者欠压，如需清除此寄存器值，需要保护器退出其故障模式，同时使用CLEAR_FAULTS命令；
(18)STATUS_TEMPERATURE(7Dh)：STATUS_TEMPERATURE用来指示保护器的过温故障或过温报警，如需清除此寄存器值，需要保护器退出其故障模式，同时使用CLEAR_FAULTS命令；
(19)STATUS_CML(7Eh)：STATUS_CML用来指示保护器发生命令，输出或PEC通信故障，如需清除此寄存器值，需要保护器退出其故障模式，同时使用CLEAR_FAULTS命令；
(20)READ_VIN(88h)：READ_VIN用来指示输入电压的10位测量值，此数值也用于输入过压以及欠压报警检测；
(21)READ_VOUT(8Bh)：READ_VOUT用来指示输出电压的10位测量值；
(22)READ_IOUT(8Ch)：READ_VOUT用来指示输出电流的10位测量值，此测量值也被用于输出过流报警比较并且影响STATUS_IOUT状态；
(24)READ_TEMPERATURE(8Dh)：READ_TEMPERATURE用来指示温度检测值，此测量值也别用于内部过温故障以及过温报警的检测，此数值的范围为-255℃至+255℃，READ_TEMPERATURE是一个2进制2补整数，Bit[9]为标志位；
(25)READ_PIN(97h)：READ_PIN用来指示输入功率，PIN＝VIN*IOUT；
(26)MFR_CTRL(F0h)：MFR_CTRL用来配置或读取输出电压放电或保护模式，PD位用来指示输出放电，AUTO位用来指示过流保护和过温保护，AUTO_OV位用来指示过压保护；
(27)MFR_ADDR_PMBUS(F1h)：当使能位bit[7]为1，PMBus的地址由MFR_ADDR_PMBUS设定,当使能位bit[7]为0，PMBUS的地址由ADDR设定；
(28)MFR_SPECIFIC_STARTUP_CURRENT_LIMIT(F6h)：MFR_SPECIFIC_STARTUP_CURRENT_LIMIT用来设定软启动时的电流限阈值，软启动时的电流限可通过公式ISTARTUP_LIMIT＝2.5*Y+12.5确定，其中，Y为二进制转换为十进制的值；
(29)MFR_OTP_LEFT(FEh)：MFR_OTP_LEFT用来显示OTP可以被重新擦写的剩余次数。
内部3.3VLDO输出引脚VCC，保护器的控制电路均由此电压供电，内部3.3VLDO输出引脚VCC上设有1μF的瓷片电容，且位置靠近内部3.3VLDO输出引脚VCC的管脚；
时钟设定引脚TIMER，通过时钟设定引脚TIMER到功率地引脚GND的外部电容，设定热插拔时的电路的延时时间、故障超时周期以及重启时间；
具体的，对于热插拔应用来说，保护器的输入会在热插拔时经历瞬态电压尖峰，这是由于电路输入回路中的寄生电感和输入电容造成的，为了稳定输入电压，在功率MOSFET开启之前采用了***工作延时的技术，延时时间通过TIMER引脚的外部电容设定；
当输入电压迅速上升，同时EN被置为高电平后，保护器功率MOSFET的VGS被30Ω电阻拉低，输入电业快速生生的过程中，功率MOSFET的栅极始终被拉低，保证主功率MOSFET不会开通，当VIN上升达到欠压保护(UVLO)电压阈值后，保护器会通过一个43μA的电流源对TIMER电容充电，当TIMER引脚电压达到1.21V，主功率MOSFET栅极的30Ω电阻将被断开，并通过12μA的上拉电流源对主功率MOSFET的栅极-源极充电，同时TIMER引脚电压开始跌落至0V，当主功率MOSFET栅极-源极电压达到开启电压阈值(VGS_TH)，主功率MOSFET开始开通，输出电压开始上升，输出电压的上升速率由软启动电容设定；
芯片使能引脚EN和负载供电使能输入引脚LOADEN，负载供电使能输入引脚LOADEN和芯片使能引脚EN一同使用，以用来通过数字信号控制保护器的开启以及关断，芯片使能引脚EN高点平时开启保护器，低电平时关断保护器，芯片使能引脚EN通过上拉电阻上拉到主功率电源输入引脚VIN实现保护器的自启动；
在VIN上电，同时EN从低电平置为高电平后，LOADEN开始计算消隐时间，在LOADEN的消隐时间内，LOADEN状态无效，主功率MOSFET的开通/关断仅仅由EN的状态决定，当LOADEN的消隐时间超时后，主功率MOSFET的开通/关断由EN和LOADEN的状态共同决定，此时为了维持主功率MOSFET开通，需要EN与LOADEN均为高电平；
在打嗝模式情况下中，主功率MOSFET可以通过VIN重新上电，EN重新置高或者PMBus OPERATION使能来完成，在锁死模式下，主功率MOSFET可以通过以下三种方式来完成：(1)VIN重新上电；(2)如图3和图4所示，在8s的消隐时间后，EN重新置高；(3)在8s的消隐时间结束之后通过PMBus OPERATION命令重新开通主功率MOSFET；
输出电压正常指示引脚PG，输出电压正常指示引脚PG为开放漏级输出，通过上拉电阻上拉至内部3.3VLDO输出引脚VCC，输出电压正常指示引脚PG高点平时表示保护器正常，低电平时表示保护器输出触发了OV保护；
具体的，电源输出正常(PG)用来指示输出电压是否处于相对于输入电压的正常范围内，PG内部为一个开放漏极的MOSFET，可以通过一个100kΩ的电阻上拉至外部的电源，在保护器的启动过程中，PG的输出被置低，这样可以指示后级负载保持关闭状态，同时可以减小输入冲击电流以及降低***在启动时的能量损耗，当保护器工作符合表2所示条件时，PG信号将被上拉到高电平，当EN低于开启阈值或输入触发了欠压/过压(UVLO/OV)，PG输出也将被置为低电平；
表2
软启动引脚SS，通过软启动引脚SS到功率地引脚GND的外部电容设定保护器输出电压建立的时间，保护器的内部电路根据设定控制输出电压的上升斜率，软启动引脚SS浮空时，软启动时间默认设置为1ms；
SS引脚对地的电容用来设定软启动时间，在***延迟时间结束后，保护器内部的一个与输入电压成正比的电流源开始为SS电容充电，输出电压将按照SS的电压上升斜率而上升，SS电容值可以通过以公式计算，其中，tss是软启动时间，Rss为100KΩ，例如，100nF的电容设定的软启动时间为10ms；
如果负载电容非常大，那么在缓启动时间内的电流就会很大可能会超过启动电流限阈值，这种情况下，软启动时间需要综合考虑负载电容与启动电流限阈值来设定，浮空SS管脚将会产生快速的输出电压上升速率，在此情况下，保护器内有一个12μA的电流源将主功率MOSFET的栅极迅速拉高，使得输出电压快速建立，此时输出电压的软启动时间大约为1ms，这也是保护器的最短软启动时间；
具体的，在软启动过程中，电流限阈值是通过用户配置MFR_SPECIFIC_STARTUP_CURRENT_LIMIT(F6h)寄存器设定的，此电流限可以被设置为高电流模式或低电流模式，可调的启动电流限阈值有利于针对不同输出电容以及不同软启动时间情况下软启动时间的设定，启动电流限阈值仅仅在PG为低电平状态时有效，启动电流限阈值可以通过MFR_CTRL(F0h)的ISTART_EN位禁用；
电流限阈值设定引脚ISET，通过电流限阈值设定引脚ISET到功率地引脚GND之间的电阻来设定保护器的限流阈值；
具体的，保护器的电流限阈值必须大于正常工作是负载电流的最大值，电流限阈值可以通过公式设定，其中，RISET是ISET引脚到GND的电阻单位(Ω)；
具体的，如图5所示，为保护器在不同风速条件下，芯片壳温温升与电流的关系，保护器可以在室温无风散热条件下持续输出40A电流，在有风散热条件下，MAC5023最大持续输出电流可以达到50A；
与功率地引脚GND连接的NC引脚。
首先，本装置设计用于在将电路卡***带电背板电源时，限制负载的浪涌电流，从而限制背板的电压降和负载的电压的dV/dt，本装置集成了输入电压、输出电压、输出电流以及芯片温度的监控功能，无需使用外部电路采样功率电阻、功率MOSFET和温度采样器件，其次，本装置提供了恒定的电流限，并且可通过外部电阻进行编程，一旦保护器达到自身电流限阈值，内部电路将通过调节功率MOSFET的栅极电压降，以使得功率MOSFET的电流保持在恒定大小，为了限制电流，栅极-源极的电压必须保持在在3.3V到1V之间，典型的限电流反应时间大约为20μs，在响应时间内，输出电流可能存在一个小的过冲，当达到电流限后，故障计时器开始计时，在故障计时器超过限定时间之前，如果输出电流降至电流限阈值以下，保护器将恢复正常工作，否则，如果限流时间超过故障计时器限定时间，功率MOSFET将被关闭，当PMBus寄存器MFR_CTRL(F0h)的AUTO位被设置为1，保护器的过流保护(OCP)被设定为打嗝模式，当AUTO位被设置为0，保护器的过流保护(OCP)被设置为锁死模式，当保护器达到电流限阈值或过温度阈值，ALERT#将被驱动为低电平用以指示故障发生，所需要的电流限阈值可以通过ISET到GND的电阻设定，保护器的电流限阈值必须大于负载的最大工作电流。
具体的，包括输出短路保护(锁死模式)，如果负载电流由于输出短路而迅速增加，其电流值可能在控制环路能够响应之前就会远超过电流限阈值，如果电流达到第二电流限阈值，快速关断电路将会通过一个100mA的电流对功率MOSFET的栅极放电，来快速关断功率MOSFET，第二电流限有助于限制流经功率MOSFET的峰值电流，防止输入电压总线的跌落，短路保护的总响应时间大约为200ns，在VGS降低后，保护器将尝试再次启动以避免输入电压总线出现动态的问题，功率MOSFET的栅极-源极电压(VGS)将被内部的电荷泵拉升，当VGS达到的开启电压(VGS_TH)，功MOSFET将打开，如果输出短路仍然存在，负载电流将被限制在主电流限值，此时故障计时器电压开始上升，当电压达到1.21V故障仍然存在，保护器的功率MOSFET将关断。
当更为严重的输出短路发生时，输入电压可能会被拉低，当输入电压被拉低到低于VCC电压时，无论电流是否超过第二电流限，保护器的主功率MOSFET都将被迅速关闭，然后主功率MOSFET会再次尝试开启，在主功率MOSFET关断之后，如果PMBus寄存器MFR_CTRL(F0h)的AUTO位被设置为1，保护器SCP将工作在打嗝模式，如果PMBus寄存器MFR_CTRL(F0h)的AUTO位被设置为0，保护器SCP将工作在锁死模式，如果在输出短路保护发生后不需要主功率MOSFET再次启动，可以将PG连接到LOADEN来关闭重启功能，当PG连接到LOADEN，保护器将工作在锁死保护模式。
具体的，包括过流保护(打嗝模式，F0h AUTO bit＝1)，当电流达到电流限阈值，则由一个425μA的故障计时器电流源向TIMER的外部电容充电，在TIMER电压达到1.21V之前，电流限保护状态中止，保护器将立即恢复至正常工作模式，如果在TIMER达到1.21V之后，仍然工作与电流限保护状态，则主功率MOSFET将被关断，后续保护器将如何工作取决于所选择的故障模式为打嗝模式还是锁死模式，如果PMBus寄存器MFR_CTRL(F0h)的AUTO位被设置为1，保护器将工作在打嗝保护模式，在故障时间超过限制时间后，主功率MOSFET将被关断，并且将由一个大约0.3μA的电流对TIMER电容(CTIMER)放电至0.2V，然后TIMER电容会被迅速放电到0V，然后准备重新启动。
具体的，包括过流保护(锁死模式，F0h AUTO bit＝0)，如果PMBus寄存器,MFR_CTRL(F0h)的AUTO位被设置为0，保护器将工作在锁死保护模式，在锁死保护模式发生后，可以通过重启输入电压或为EN重新设置高电平可以重新启动保护器，EN的重新启动有持续8s的消隐时间，在此消隐时间内即便EN被置高，保护器也不会打开主功率MOSFET，在EN的消隐时间结束后，保护器才会根据EN的电平状态正常工作。
具体的，保护器还具备输入和输出的瞬态保护功能，热插拔保护器在设备***电源总线或者经历功率MOSFET快速关断的时候回在输出产生大的电流，由于设备输入回路存在寄生电感，就会在***的设备输入端产生很高的瞬态电压，针对输入的瞬态电压为了保护设备，需要在保护器的输入端增加瞬态抑制二极管(TVS)，当保护器功率MOSFET发生快速关断的时候，由于输出寄生电感的存在，会在保护器的输出端产生瞬态负向电压，如果负向电压很大，功率MOSFET将无法被正常关断，因此在保护器的输出端需要增加一个低导通电压的钳位二极管来限制瞬态负向电压。
具体的，保护器还具备主功率MOSFET损伤检测功能，VCC电压高于UVLO阈值电压之后，保护器会检测MOSFET在启动中的工作状态，如果输出电压高于VIN-0.5V，就认为主功率MOSFET短路或损伤，如果VOUT＞VIN-0.5V，保护器认为主功率MOSFET损伤，STATUS_WORD(79h)寄存器的BAD_FET_HEALTH(bit[0])将被置高，ALERT#将被拉低，同时主功率MOSFET栅极将被拉低，如果VOUT≤VIN-0.5V，保护器将正常启动，BAD_FET_HEALTH位将被置0，在软启动结束后，如果VGS被拉低，同时没有触发其他故障，保护器内部会启动一个250ms的计时，然后VGS会拉高到高于2V，如果在250ms后检测到的VGS电压低于2V，STATUS_WORD(79h)寄存器的BAD_FET_HEALTH位(bit[0])也将被拉高，而且ALERT#将被置低，同时主功率MOSFET栅极将被拉低，VIN重新上电或EN重新置高可以重启保护器。
具体的，保护器还具备VCC欠压保护(UVLO)功能\输入过压保护(OVP)功能和过温保护功能，当VCC电压高于UVLO的电压阈值，保护器将启动，如果VCC电压低于UVLO的电压阈值，保护器将关断，VCC欠压保护为非锁死保护；
保护器的输出过压保护(OVP)的逻辑如以下表3所示：
表3
VCC电压 OV引脚电压(VOV) 输出
VCC＞UVLO VOV＜VOV_TH ON
VCC＜UVLO 无效 OFF
无效 VOV＞VOV_TH OFF
保护器通过监测芯片内部的结温来提供过温度保护，如果芯片结温超过过温报警阈值，保护器将会报警，并在STATUS BYTE寄存器的OT_FAULT_WARN位置位，过温报警阈值通过PMBus寄存器OT_WARN_LIMIT(51h)设定，如果保护器温度进一步上升超过过温度保护阈值，保护器将会触发过温度保护，并关断主功率MOSFET，过温度保护阈值可以通过OT_FAULT_LIMIT(4Fh)寄存器设定，如果寄存器设定的保护温度高于145℃，寄存器过温设定将被忽略，过温保护阈值将为145℃。
具体的，如以下表4所示，为保护器在测试条件为VIN＝12V，RISET＝15kΩ，COUT＝1000μF，TA＝25℃下的电气特性参数表：
表4
/>
/>
/>
/>
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，包括：
主功率电源输入引脚VIN，保护器输出引脚OUT，功率地引脚GND，所述保护器输出引脚OUT和功率地引脚GND之间连接有肖特基二极管；
过压检测输入引脚OV，所述过压检测输入引脚OV设置为高电平将关闭保护器的主功率MOSFET，通过将过压检测输入引脚OV连接到外部电阻分压器来设定电压保护阈值；
输出电流检测引脚IMON，所述输出电流检测引脚IMON提供与流经功率MOSFET成正比的电压信号，通过设定输出电流检测引脚IMON与功率地引脚GND的电阻来设定电流与电压信号的增益；
PMBus时钟引脚SCL、PMBus数据引脚SDA、PMBus警告引脚ALERT#和PMBus从地址设定引脚ADDR，所述PMBus警告引脚ALERT#为开放漏级输出，且低电平有效，通过所述PMBus从地址设定引脚ADDR设定保护器的PMBus地址。
2.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括内部3.3VLDO输出引脚VCC，所述保护器的控制电路均由此电压供电，所述内部3.3VLDO输出引脚VCC上设有1μF的瓷片电容，且位置靠近内部3.3VLDO输出引脚VCC的管脚。
3.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括时钟设定引脚TIMER，通过所述时钟设定引脚TIMER到功率地引脚GND的外部电容，设定热插拔时的电路的延时时间、故障超时周期以及重启时间。
4.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括芯片使能引脚EN和负载供电使能输入引脚LOADEN，所述负载供电使能输入引脚LOADEN和芯片使能引脚EN一同使用，以用来通过数字信号控制保护器的开启以及关断，芯片使能引脚EN高点平时开启保护器，低电平时关断保护器，所述芯片使能引脚EN通过上拉电阻上拉到主功率电源输入引脚VIN实现保护器的自启动。
5.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括输出电压正常指示引脚PG，所述输出电压正常指示引脚PG为开放漏级输出，通过上拉电阻上拉至内部3.3VLDO输出引脚VCC，输出电压正常指示引脚PG高点平时表示保护器正常，低电平时表示保护器输出触发了OV保护。
6.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括软启动引脚SS，通过所述软启动引脚SS到功率地引脚GND的外部电容设定保护器输出电压建立的时间，保护器的内部电路根据设定控制输出电压的上升斜率，所述软启动引脚SS浮空时，软启动时间默认设置为1ms。
7.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括电流限阈值设定引脚ISET，通过所述电流限阈值设定引脚ISET到功率地引脚GND之间的电阻来设定保护器的限流阈值。
8.根据权利要求1所述的一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器，其特征在于，还包括与功率地引脚GND连接的NC引脚。
CN202210067991.XA 2022-01-20 2022-01-20 一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器 Active CN114421435B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210067991.XA CN114421435B (zh) 2022-01-20 2022-01-20 一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210067991.XA CN114421435B (zh) 2022-01-20 2022-01-20 一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114421435A CN114421435A (zh) 2022-04-29
CN114421435B true CN114421435B (zh) 2024-02-13

Family

ID=81274453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210067991.XA Active CN114421435B (zh) 2022-01-20 2022-01-20 一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114421435B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105897233A (zh) * 2014-12-19 2016-08-24 成都芯源***有限公司 连接输入电源与负载的智能开关
JP6137387B1 (ja) * 2016-06-07 2017-05-31 富士電機株式会社 電源中継ユニット
CN108539708A (zh) * 2018-03-15 2018-09-14 陕西斯达防爆安全科技股份有限公司 一种多重的过流过压本安保护电路
CN112054484A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 苏州浪潮智能科技有限公司 一种高可靠性多相供电***及方法
CN112736839A (zh) * 2020-12-11 2021-04-30 苏州浪潮智能科技有限公司 一种过流检测及保护方法、***及介质

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105897233A (zh) * 2014-12-19 2016-08-24 成都芯源***有限公司 连接输入电源与负载的智能开关
JP6137387B1 (ja) * 2016-06-07 2017-05-31 富士電機株式会社 電源中継ユニット
CN108539708A (zh) * 2018-03-15 2018-09-14 陕西斯达防爆安全科技股份有限公司 一种多重的过流过压本安保护电路
CN112054484A (zh) * 2020-09-04 2020-12-08 苏州浪潮智能科技有限公司 一种高可靠性多相供电***及方法
CN112736839A (zh) * 2020-12-11 2021-04-30 苏州浪潮智能科技有限公司 一种过流检测及保护方法、***及介质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种热插拔控制芯片及其控制策略的设计;章丹艳;赵梦恋;吴晓波;严晓浪;;浙江大学学报(工学版);20060728(07);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114421435A (zh) 2022-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10768244B2 (en) Power loss protection integrated circuit with autonomous capacitor health check
US6985343B2 (en) Programmable power management switch
EP0787993A1 (en) Voltage detecting circuit, a power on/off resetting circuit, and a semiconductor device
TWI449148B (zh) 形成ｅｓｄ檢測器的方法及其結構
CN101208646A (zh) 监视电源电平的***和方法
US6573768B2 (en) Power-on circuit of a peripheral component
US7420791B1 (en) Fault signature system for power management integrated circuits
CN114421435B (zh) 一种集成PMBus接口的MOSFET热插拔保护器
CN103807199B (zh) 风扇控制电路
CN211653795U (zh) Tamper引脚扩展电路和POS机
CN209821822U (zh) 一种pcie设备热插拔的控制电路及计算机
CN216052961U (zh) 一种掉电时序控制电路
EP1054408A3 (en) Semiconductor storage device
CN117096966A (zh) 供电设备、供电设备的健康监测方法及包括其的存储***
CN108811265B (zh) 供电电路
EP0661714B1 (en) Circuit device and corresponding method for resetting non-volatile and electrically programmable memory devices
CN213338644U (zh) 一种掉电保护电路及电能表
CN112269463A (zh) 一种掉电保护电路、方法及电能表
TW202113546A (zh) 具高開關機準確度之內嵌式電源供應器和相關電腦系統
CN220173216U (zh) 复位电路及电子设备
CN220798246U (zh) 上电复位电路以及上电复位***
CN219535888U (zh) 放电保护装置
CN213304964U (zh) 过压保护电路
CN210898496U (zh) 电子电路和电子设备
CN212113236U (zh) 防止低电压保护电路上电浪涌电流的电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant