MAX15090C：2.7V 至 18V、12A 热插拔解决方案深度剖析

MAX15090B/MAX15090C：2.7V 至 18V、12A 热插拔解决方案深度剖析

在电子工程师的日常工作中，热插拔解决方案至关重要，它能确保在带电背板上安全地插入和移除电路板卡。今天，我们就来深入了解一下 Analog Devices 推出的 MAX15090B/MAX15090C 这两款热插拔解决方案芯片。

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芯片概述

MAX15090B/MAX15090C 是专为热插拔应用设计的集成解决方案，适用于需要在带电背板上安全插入和移除电路板卡的场景。这两款芯片将热插拔控制器、6mΩ 功率 MOSFET 和电子断路器保护集成在一个封装中，同时还集成了精确的电流检测电路，能提供 220µA/A 的比例输出电流，可用于保护 2.7V 至 18V 的电源电压。

关键特性和优势

集成度高

• 减小解决方案尺寸：非常适合刀片服务器和其他对空间要求苛刻的设计。集成了典型值为 6mΩ 的内部功率 MOSFET 过压保护、电源良好和故障输出、可编程欠压锁定等功能。
• 无需外部 RSENSE 实现电流报告：降低了设计复杂度和成本。

灵活性强

• 宽工作电压范围：2.7V 至 18V 的工作电压范围，使其能适应多种不同的应用场景。
• 可调节断路器电流/电流限制阈值：通过连接外部电阻到 CB 引脚，可以方便地设置断路器阈值，公式为(I{CB}=R{CB} / 3333.3)。
• 可编程压摆率控制：通过在 GATE 引脚连接外部电容，可以编程启动期间的压摆率。
• 可变速度断路器响应：能根据过流情况快速响应，有效保护电路。
• 锁存或自动重试选项：MAX15090B 在故障时锁存关闭，而 MAX15090C 进入自动重试模式，满足不同应用需求。

安全特性可靠

• 高负载电流能力：最大负载电流能力可达 12A。
• 高精度断路器阈值：断路器阈值精度为 ±10%。
• 启动时浪涌电流调节：采用折返式电流限制控制浪涌电流，降低 di/dt，确保 MOSFET 在安全工作区 (SOA) 内运行。
• 输入到输出短路检测：在启动前检测输入到输出的短路故障，提高系统安全性。

电气特性

MAX15090B/MAX15090C 的电气特性在不同条件下表现出色。例如，在(V{IN}=V{CC}=2.7V) 至 18V，(T{A}=T{J}=-40^{circ}C) 至 +85°C 的温度范围内，(V{CC}) 和 (V{IN}) 的工作范围均为 2.7V 至 18V，(V{CC}) 供电电流在 (V{IN}=3V) 时典型值为 0.5mA。具体的电气参数可参考数据手册中的详细表格。

典型应用电路和工作原理

典型应用电路

文档中给出了典型应用电路，展示了如何将芯片与外部元件（如电容、电阻、TVS 二极管等）连接，以实现热插拔功能。电路中的各个元件协同工作，确保芯片正常运行。

工作原理

• 使能逻辑和欠压/过压锁定阈值：当 (V{CC}) 供应电压高于 (V{UVLO}) 阈值，且 (V{UV}) 高于 1.23V（典型值），(V{OV}) 低于 1.23V 时，芯片输出开启；反之则关闭。通过外部电阻分压器可以灵活设置欠压/过压锁定阈值。
• 启动过程：输出使能后，OUT 引脚电压以默认约 10V/ms 的速度上升，直至达到编程的断路器电流水平。通过在 GATE 引脚连接外部电容，可以编程压摆率。启动期间，折返式电流限制保护内部 MOSFET。当 OUT 引脚电压高于预充电阈值（0.9 x (V{IN})）且 ((V{GATE }-V_{OUT })>3V) 时，启动阶段完成，进入正常操作模式。
• 可变速度/双级故障保护：采用具有不同阈值和响应时间的比较器来监测负载电流。在故障条件下，MAX15090C 进入自动重试模式，而 MAX15090B 锁存关闭。
• 使能输入 (EN)：启动阶段成功完成且电源良好输出有效后，EN 输入必须在 (t_{DLY}) 延迟时间内拉低至少 1ms，否则芯片将关闭内部 MOSFET。通过在 CDLY 和 GND 之间连接电容，可以设置超时延迟。
• 电荷泵：集成电荷泵为内部功率 MOSFET 提供栅极驱动电压。启动期间，以固定的 5.7µA 电流驱动 MOSFET 的 GATE 引脚，实现 10V/ms 的压摆率。通过连接外部电容可以降低启动期间的输出压摆率。
• 断路器比较器和电流限制：通过比较内部功率 MOSFET 的电流与断路器阈值，实现电流限制。外部电阻 (R_{CB}) 决定了断路器阈值，最大允许的外部电阻值为 40.2kΩ，对应 12A 的 CB 阈值设置。
• 自动重试和锁存故障管理：故障发生时，芯片关闭内部 MOSFET。MAX15090C 在 (t{RESTART}) 延迟后进入自动重试模式，而 MAX15090B 锁存关闭，直到 UV 输入在 (t{RESTART}) 延迟后循环关闭和打开。
• 故障状态输出 (FAULT)：FAULT 是开漏输出，在电流限制、过温、启动时输入到输出短路以及启动超时等情况下输出低电平。
• 电源良好 (PG) 延迟：PG 是开漏输出，在 (t{PG}) 延迟后有效，表明 OUT 引脚电压达到 ((0.9 ×V{IN})) 且 ((V{GATE }-V{OUT })>3V)。
• 内部稳压器输出 (REG)：芯片内部的线性稳压器在 REG 引脚输出 3.3V 电压，为内部电路模块供电。REG 引脚需要连接至少 1µF 的电容到地。
• 电流报告输出 (ISENSE)：ISENSE 引脚是精确电流检测放大器的输出，提供与负载电流成比例的源电流，比例为 220µA/A。通过在 ISENSE 和地之间连接电阻，可以产生缩放电压，用于 ADC 数字化处理。
• 热保护：当结温超过 (T_{J}=+150^{circ}C)（典型值）时，内部热保护电路关闭内部功率 MOSFET。结温下降 20°C（典型值）后，芯片从热关断模式恢复。
• 输入到输出短路保护：启动时，芯片检查输入到输出的短路故障。如果 (V{OUT}) 大于 90% 的 (V{IN})，内部 MOSFET 无法开启，FAULT 输出低电平，MAX15090C 在 3.2s 后进入自动重试模式，而 MAX15090B 锁存关闭。

应用信息

设置欠压阈值

通过从 IN 到 UV、OV 和 GND 的电阻分压器，可以编程欠压锁定阈值。计算公式为(R 1=left(frac{V{I N}}{V{U V _T H}}-1right) times(R 2+R 3))，其中 (V_{UV_TH}) 为 1.23V。

设置过压阈值

同样使用电阻分压器来编程过压锁定阈值，计算公式为((R 1+R 2)=left(frac{V{I N}}{V{O V _T H}}-1right) × R 3)，其中 (V_{OV_TH}) 为 1.23V。

晶圆级封装 (WLP) 应用信息

关于 WLP 封装的详细信息，包括结构、尺寸、载带信息、PCB 技术、凸块焊盘布局、推荐的回流温度曲线以及可靠性测试结果等，可参考相关应用笔记。

订购信息和封装信息

订购信息

型号	温度范围	封装形式	故障管理方式
MAX15090B EWI+T	-40°C 至 +85°C	28 WLP	锁存关闭
MAX15090C EWI+T	-40°C 至 +85°C	28 WLP	自动重试

封装信息

最新的封装外形信息和焊盘图案（封装尺寸）可在 www.analog.com/packages 上查询。

MAX15090B/MAX15090C 为热插拔应用提供了一种高性能、高集成度且灵活的解决方案。电子工程师在设计相关电路时，可以根据具体应用需求，充分利用其各项特性，确保系统的安全性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流！