低成本双电源分配控制器HIP1013：设计与应用解析

在电子设计领域，电源分配控制器是保障系统稳定供电的关键组件。今天我们要探讨的RENESAS HIP1013，就是一款具有独特优势的低成本双电源分配控制器。

文件下载：HIP1013EVAL1.pdf

一、HIP1013概述

HIP1013是一款低成本的热插拔双电源分配控制器，它通过驱动两个外部N沟道MOSFET来分配电源，同时具备负载故障隔离功能。在开启时，每个外部N沟道MOSFET的栅极由一个10μA的电流源充电，栅极上的电容可创建可编程的斜坡（软启动），从而控制浪涌电流。内置的电荷泵为12V电源的N沟道MOSFET开关提供栅极驱动。

二、主要特性

1. 双电源分配控制

支持+5V和+12V或+5V和+3.3V的热插拔双电源分配控制，能满足不同电源系统的需求。

2. 故障隔离

可有效隔离故障，当出现过流等故障时，能及时切断电源，保护系统安全。

3. 电荷泵设计

允许使用N沟道MOSFET，为12V电源开关的栅极提供约17V的驱动电压。

4. 冗余电源开启控制

具备冗余的电源开启控制功能，通过PWRON1和PWRON2引脚控制芯片的开启和复位。

5. 状态指示

提供电源良好（PGOOD）和过流锁存指示，方便工程师监测系统状态。

6. 可调开启斜坡

通过栅极电容可实现可调的开启斜坡，有效控制浪涌电流。

7. 过流保护

利用两个外部电流检测电阻实现过流保护，当通过电阻的电流超过用户编程值时，HIP1013会将N沟道MOSFET锁断。

三、应用场景

1. 电源分配控制

在需要对+12V/5V或+3.3V/+5V电源进行分配控制的系统中，HIP1013能发挥重要作用，确保电源的稳定供应。

2. 热插拔组件

适用于需要热插拔功能的组件，如服务器、通信设备等，可在不关闭系统的情况下进行设备的插拔操作。

四、引脚说明

PIN NO.	SYMBOL	FUNCTION	DESCRIPTION
1	12VS	12V Source	连接到相关外部N沟道MOSFET开关的源极，用于检测输出电压。
2	12VG	12V Gate	连接到相关N沟道MOSFET开关的栅极，该节点到地的电容设置开启斜坡。
3	VDD	Chip Supply	连接到12V电源，可直接连接到为负载供电的+12V导轨或专用的VDD +12V电源。
4	MODE/ PWRON1	Power ON/ Reset	短接到VDD（引脚3）时启用3.3V操作，PWRON1和PWRON2用于开启和复位芯片。
5	PWRON2	Power ON/Reset	也用于优先启用3.3V控制操作，将引脚4连接到引脚3可禁用电荷泵，UV阈值也会移至约2.8V。
6	5VG	5V Gate	连接到外部5V N沟道MOSFET的栅极，该节点到地的电容设置开启斜坡。
7	5VS	5V Source	连接到5V外部N沟道MOSFET开关的源极，用于检测输出电压。
8	5VISEN	5V Current Sense	连接到5V检测电阻的负载侧，测量5VS和5VISEN引脚之间电阻上的电压降。
9	PGOOD	Power Good Indicator	由一个开漏N沟道MOSFET驱动，当任一输出电压不符合规格或存在过流情况时，该引脚被拉低。
10			无连接。
11	CPUMP	Charge Pump Capacitor	在该引脚和VDD（引脚3）之间连接一个0.1μF的电容。
12	GND	Chip Ground	芯片接地。
13	RILIM	Current Limit Set Resistor	该引脚和地之间连接的电阻决定了电流限制激活的电流水平。
14	12VISEN	12V Current Sense	连接到检测电阻的负载侧，测量电阻上的电压降。

五、典型性能曲线

文档中给出了多个典型性能曲线，包括供电电流、RILIM源电流、12V和3.3V/5V的欠压阈值、12V和5V的栅极驱动、电荷泵电压以及过流电压阈值等。这些曲线能帮助工程师更好地了解HIP1013在不同条件下的性能表现。

六、工作原理与操作

1. 启动模式

初始上电时，HIP1013可以通过关闭外部N沟道MOSFET开关将电压源与负载隔离，或者直接将电源轨电压施加到负载，实现真正的热插拔功能。无论哪种情况，HIP1013都以软启动模式开启，保护电源轨免受突然的电流加载。

2. 过流保护

负载电流通过两个外部电流检测电阻，当任一电阻上的电压超过用户编程的过流（OC）电压阈值时，HIP1013控制器会在约2μs内关闭两个N沟道MOSFET。过流阈值与RILIM电阻有关，例如15K的RILIM电阻对应150mV的标称OC Vth。

3. 复位与开启

HIP1013通过PWRON引脚的上升沿进行复位，通过将PWRON引脚拉低来开启。通过将PWRON1引脚连接到VDD，可以启用+3.3V/+5V电压模式，此时外部电荷泵电容不需要，CPUMP引脚也直接连接到VDD。在任何过流或欠压（UV）情况下，PGOOD故障指示信号会通过电阻连接到逻辑电源时被拉低。

七、应用注意事项

1. 评估板替代

由于HIP1013与HIP1012引脚兼容，可在HIP1012EVAL1或EVAL2评估板中用HIP1013替代HIP1012。若有需要，也可联系Intersil Corporation销售办公室获取已修改的评估板。

2. 避免随机复位

在关闭高感性负载时，如果HIP1013的检测引脚（PINS 8和14）被拉到地以下，可能会发生随机复位。可在输出端放置一个大的负载电容（10 - 50μF）来消除意外复位。

3. 电阻布局

RSENSE电阻的物理布局对于避免误过流情况至关重要。理想情况下，RSENSE电阻与HIP1013的VS和VISEN引脚之间的走线应直接且尽可能短，检测线中应无电流。

八、封装信息

HIP1013采用14引脚窄体小外形塑料封装（SOIC），文档详细给出了封装的尺寸信息，包括各尺寸的最小值、最大值以及相关注释。

在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择HIP1013的工作模式和参数，同时注意应用过程中的各种细节，以确保系统的稳定运行。大家在使用HIP1013时，有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。