MAX15090B/MAX15090C：2.7V 至 18V、12A 熱插拔解決方案深度剖析

在電子工程師的日常工作中，熱插拔解決方案至關重要，它能確保在帶電背板上安全地插入和移除電路板卡。今天，我們就來深入了解一下 Analog Devices 推出的 MAX15090B/MAX15090C 這兩款熱插拔解決方案芯片。

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芯片概述

MAX15090B/MAX15090C 是專為熱插拔應用設計的集成解決方案，適用于需要在帶電背板上安全插入和移除電路板卡的場景。這兩款芯片將熱插拔控制器、6mΩ 功率 MOSFET 和電子斷路器保護集成在一個封裝中，同時還集成了精確的電流檢測電路，能提供 220μA/A 的比例輸出電流，可用于保護 2.7V 至 18V 的電源電壓。

關鍵特性和優勢

集成度高

• 減小解決方案尺寸：非常適合刀片服務器和其他對空間要求苛刻的設計。集成了典型值為 6mΩ 的內部功率 MOSFET 過壓保護、電源良好和故障輸出、可編程欠壓鎖定等功能。
• 無需外部 RSENSE 實現電流報告：降低了設計復雜度和成本。

靈活性強

• 寬工作電壓范圍：2.7V 至 18V 的工作電壓范圍，使其能適應多種不同的應用場景。
• 可調節斷路器電流/電流限制閾值：通過連接外部電阻到 CB 引腳，可以方便地設置斷路器閾值，公式為(I{CB}=R{CB} / 3333.3)。
• 可編程壓擺率控制：通過在 GATE 引腳連接外部電容，可以編程啟動期間的壓擺率。
• 可變速度斷路器響應：能根據過流情況快速響應，有效保護電路。
• 鎖存或自動重試選項：MAX15090B 在故障時鎖存關閉，而 MAX15090C 進入自動重試模式，滿足不同應用需求。

安全特性可靠

• 高負載電流能力：最大負載電流能力可達 12A。
• 高精度斷路器閾值：斷路器閾值精度為 ±10%。
• 啟動時浪涌電流調節：采用折返式電流限制控制浪涌電流，降低 di/dt，確保 MOSFET 在安全工作區 (SOA) 內運行。
• 輸入到輸出短路檢測：在啟動前檢測輸入到輸出的短路故障，提高系統安全性。

電氣特性

MAX15090B/MAX15090C 的電氣特性在不同條件下表現出色。例如，在(V{IN}=V{CC}=2.7V) 至 18V，(T{A}=T{J}=-40^{circ}C) 至 +85°C 的溫度范圍內，(V{CC}) 和 (V{IN}) 的工作范圍均為 2.7V 至 18V，(V{CC}) 供電電流在 (V{IN}=3V) 時典型值為 0.5mA。具體的電氣參數可參考數據手冊中的詳細表格。

典型應用電路和工作原理

典型應用電路

文檔中給出了典型應用電路，展示了如何將芯片與外部元件（如電容、電阻、TVS 二極管等）連接，以實現熱插拔功能。電路中的各個元件協同工作，確保芯片正常運行。

工作原理

• 使能邏輯和欠壓/過壓鎖定閾值：當 (V{CC}) 供應電壓高于 (V{UVLO}) 閾值，且 (V{UV}) 高于 1.23V（典型值），(V{OV}) 低于 1.23V 時，芯片輸出開啟；反之則關閉。通過外部電阻分壓器可以靈活設置欠壓/過壓鎖定閾值。
• 啟動過程：輸出使能后，OUT 引腳電壓以默認約 10V/ms 的速度上升，直至達到編程的斷路器電流水平。通過在 GATE 引腳連接外部電容，可以編程壓擺率。啟動期間，折返式電流限制保護內部 MOSFET。當 OUT 引腳電壓高于預充電閾值（0.9 x (V{IN})）且 ((V{GATE }-V_{OUT })>3V) 時，啟動階段完成，進入正常操作模式。
• 可變速度/雙級故障保護：采用具有不同閾值和響應時間的比較器來監測負載電流。在故障條件下，MAX15090C 進入自動重試模式，而 MAX15090B 鎖存關閉。
• 使能輸入 (EN)：啟動階段成功完成且電源良好輸出有效后，EN 輸入必須在 (t_{DLY}) 延遲時間內拉低至少 1ms，否則芯片將關閉內部 MOSFET。通過在 CDLY 和 GND 之間連接電容，可以設置超時延遲。
• 電荷泵：集成電荷泵為內部功率 MOSFET 提供柵極驅動電壓。啟動期間，以固定的 5.7μA 電流驅動 MOSFET 的 GATE 引腳，實現 10V/ms 的壓擺率。通過連接外部電容可以降低啟動期間的輸出壓擺率。
• 斷路器比較器和電流限制：通過比較內部功率 MOSFET 的電流與斷路器閾值，實現電流限制。外部電阻 (R_{CB}) 決定了斷路器閾值，最大允許的外部電阻值為 40.2kΩ，對應 12A 的 CB 閾值設置。
• 自動重試和鎖存故障管理：故障發生時，芯片關閉內部 MOSFET。MAX15090C 在 (t{RESTART}) 延遲后進入自動重試模式，而 MAX15090B 鎖存關閉，直到 UV 輸入在 (t{RESTART}) 延遲后循環關閉和打開。
• 故障狀態輸出 (FAULT)：FAULT 是開漏輸出，在電流限制、過溫、啟動時輸入到輸出短路以及啟動超時等情況下輸出低電平。
• 電源良好 (PG) 延遲：PG 是開漏輸出，在 (t{PG}) 延遲后有效，表明 OUT 引腳電壓達到 ((0.9 ×V{IN})) 且 ((V{GATE }-V{OUT })>3V)。
• 內部穩壓器輸出 (REG)：芯片內部的線性穩壓器在 REG 引腳輸出 3.3V 電壓，為內部電路模塊供電。REG 引腳需要連接至少 1μF 的電容到地。
• 電流報告輸出 (ISENSE)：ISENSE 引腳是精確電流檢測放大器的輸出，提供與負載電流成比例的源電流，比例為 220μA/A。通過在 ISENSE 和地之間連接電阻，可以產生縮放電壓，用于 ADC 數字化處理。
• 熱保護：當結溫超過 (T_{J}=+150^{circ}C)（典型值）時，內部熱保護電路關閉內部功率 MOSFET。結溫下降 20°C（典型值）后，芯片從熱關斷模式恢復。
• 輸入到輸出短路保護：啟動時，芯片檢查輸入到輸出的短路故障。如果 (V{OUT}) 大于 90% 的 (V{IN})，內部 MOSFET 無法開啟，FAULT 輸出低電平，MAX15090C 在 3.2s 后進入自動重試模式，而 MAX15090B 鎖存關閉。

應用信息

設置欠壓閾值

通過從 IN 到 UV、OV 和 GND 的電阻分壓器，可以編程欠壓鎖定閾值。計算公式為(R 1=left(frac{V{I N}}{V{U V _T H}}-1right) times(R 2+R 3))，其中 (V_{UV_TH}) 為 1.23V。

設置過壓閾值

同樣使用電阻分壓器來編程過壓鎖定閾值，計算公式為((R 1+R 2)=left(frac{V{I N}}{V{O V _T H}}-1right) × R 3)，其中 (V_{OV_TH}) 為 1.23V。

晶圓級封裝 (WLP) 應用信息

關于 WLP 封裝的詳細信息，包括結構、尺寸、載帶信息、PCB 技術、凸塊焊盤布局、推薦的回流溫度曲線以及可靠性測試結果等，可參考相關應用筆記。

訂購信息和封裝信息

訂購信息

封裝信息

最新的封裝外形信息和焊盤圖案（封裝尺寸）可在 www.analog.com/packages 上查詢。

MAX15090B/MAX15090C 為熱插拔應用提供了一種高性能、高集成度且靈活的解決方案。電子工程師在設計相關電路時，可以根據具體應用需求，充分利用其各項特性，確保系統的安全性和可靠性。大家在實際應用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評論區分享交流！