Intersil热插拔设备：原理、应用与配置详解

在电子设备的设计和应用中，热插拔技术至关重要。它能在设备带电运行时安全地插入或拔出模块，提高系统的可维护性和可用性。Intersil热插拔控制器就是这类技术的典型代表，它主要有两大职责：在开启时控制浪涌电流，以及在静态运行中遇到高电流故障或短路时将负载电流控制在安全的预设水平。

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一、被观察的设备

此次观察涉及多款Intersil热插拔设备，包括不同电压规格的ISL6116（+5V、 -12V、 -48V）、ISL6115（+12V）、HIP1012A（+5V和 +3.3V）、ISL6173（+3.3V和 +2.5V）、ISL6111（+12V、 -12V、 +3.3V、 +5V）和ISL6118（+5V x2）。这些设备在不同的电压环境下展现出各自的特性。

二、部分设备的具体分析

ISL6116不同电压应用

• +5V应用：在ISL6115高端开关应用评估板中，移除跳线JP1，可将 +5V电源接入B2，同时需在B1施加 +12V为IC偏置。过流设定点为1.5A。启动时，PWRON触发后，GATE会软启动斜坡上升，使负载电流逐渐增加。遇到短路时，CTIM立即开始充电，当通过检测电阻的电流超过用户编程的过流阈值时，控制器进入电流调节（CR）模式，CTIM继续充电，标称超时时间为CTIM x 93kΩ。
• -12V应用：重新配置用于 -12V低端开关应用，移除RG1、R6和R11，添加电容C2（0.047µf 0805尺寸）。由于 -12V操作，GATE为0V以完全增强FET，且因低端配置PGOOD被禁用。上电时进入电流调节模式，CTIM立即开始充电，标称超时时间同样为CTIM x 93kΩ。
• -48V应用：评估板使用HIP5600为ISL6116提供比 -48V高12V的偏置电压，C2故意留空。测试在 -36V进行以降低负载功耗， -48V时结果基本相同。LOGIN驱动为低时，GATE软启动斜坡上升，低端应用中PGOOD禁用。开启时遇到过流，GATE先软启动，然后尝试调节，最后关闭。

ISL6115（+12V）

在 +12V高端开关应用中，PWRON触发后，GATE软启动斜坡上升以限制浪涌电流，同时可观察到PGOOD的延迟。当通过检测电阻的电流超过用户编程的过流阈值时，控制器进入CR模式，CTIM开始充电，标称超时时间为CTIM x 93kΩ。

HIP1012A（+5V和 +3.3V）

这是一款双热插拔控制器，配置为 +3.3V和 +5V时，移除JP1并在JP1的引脚2施加函数发生器信号（PWRON2）。启动时，PWRON2触发后，3/12VG软启动斜坡上升以限制浪涌电流，同样有PGOOD延迟。遇到过流时，控制器进入CR模式，CTIM开始充电，标称超时时间为CTIM x 200kΩ。

ISL6173（+3.3V和 +2.5V）

该双低压热插拔控制器适用于 +2.1V至 +3.6V的 +Vin1应用，第二通道可控制 +0.7V至 +Vin1的应用。使能线触发后，输出软启动斜坡上升。通道1（+3.3V）遇到过流时，设备进入CR模式，直到CT1超时，此时通道1的开关锁存关闭。该设备的标称超时时间为（CTIM*1.178）/10µA。

ISL6111（+12V, -12V, +3.3V, +5V）

为PCI或PCI - X插槽的四个传统电源（+12V、 -12V、 3.3V、 5V）提供电源控制。启动时，四个输出电压斜坡上升；关闭时，输出接近GND。遇到过流时，控制器进入CR模式，标称超时时间为CTIM x 150kΩ。

ISL6118（+5V x2）

为 +2.5V至 +5.5V环境提供完全独立的过流故障保护，集成MOSFET。EN触发后，两个输出软启动斜坡上升至VIN（+5V）。通道2遇到过流时，通道1不受影响。

三、过流跳闸点的设置

通用步骤

一般来说，Intersil热插拔设备通过检测电阻感应负载电流，然后将检测电阻两端产生的电压与通过“设定”电阻编程的电压进行比较。设置过流跳闸点的步骤如下（不同部件可能略有差异）：

1. 选择所需的过流跳闸点水平。
2. 通过选择设计的检测阈值电压来确定RISET。
3. 根据步骤1中选择的过流水平计算RISENSE。

不同设备的计算公式

• HIP1012A、ISL6115、ISL6116：
  • HIP1012A：[R{ISENSE }=frac{V{th}}{I{OC}}]，其中[V{th }=R_{ISET } cdot 10 mu A]。
  • ISL6115、ISL6116：[R{ISENSE }=frac{V{th}}{I{OC}}]，其中[V{th }=R_{ISET } cdot 20 mu A]。
• ISL6173：[I{C R}=frac{left(I{S E T} cdot R{S E T}right)}{I{S N S}}]，其中[I{SET }=frac{I{REF}}{4}]，[I{REF}=frac{V{OCREF }}{R_{OCREF}}]，[REF =( typically 80 mu A)]。
• ISL6118：电流检测和限制电路将电流限制设定为标称600mA。

四、过流响应总结

不同的Intersil热插拔设备在过流时的响应有所不同：

• HIP1012A：超过编程的过流设定点时，门极被调制以将电流调节到电流调节水平，直到编程的超时发生。超时后，两个门极锁存关闭。若负载电流超过编程过流设定点的300%，受影响的门极立即拉至地，然后调制以调节电流，直到超时。
• HIP1013：超过过流设定点约2µs后，两个门极锁存关闭。
• HIP1011、A、B、D、E：超过编程的过流设定点时，所有输出锁存关闭。
• ISL6115、ISL6116、ISL6117、ISL6120：超过编程的过流设定点时，门极被调制以调节电流，直到编程的超时发生。超时后，门极锁存关闭。若过流电压阈值超过150mV，受影响的门极立即拉至地，然后调制以调节电流，直到超时。
• ISL6118、ISL619、ISL6121：超过过流设定点时，调节电流，约12ms后门极锁存关闭。
• ISL6111：超过编程的过流设定点时，门极被调制以调节电流，直到编程的超时发生。超时后，四个门极锁存关闭。
• HIP1020：不提供电流监测。
• ISL6140、ISL6150：超过编程的过流设定点超过2µs，门极锁存关闭。
• ISL6173：有两种过流检测模式，CR模式和WOC（Way Overcurrent）模式。负载电流达到过流设定点时，门极被调制以调节电流，直到电流降至CR以下或编程的超时发生。超时后，输出根据RTR/LTCH引脚的状态锁存关闭或无限重试。WOC模式在di/dt尖峰超过300% CR时触发，门极立即拉至GND，然后进入CR模式。
• ISL6141/51：超过编程的过流设定点时，门极被调制以调节电流，直到500µs超时发生。若过流电压阈值超过150mV，受影响的门极立即拉至地，然后调制以调节电流，直到500µs超时。超时后，门极锁存关闭。
• ISL6142/52：超过编程的过流设定点时，门极被调制以调节电流，直到编程的超时发生。若过流电压阈值超过150mV，受影响的门极立即拉至地，然后调制以调节电流，直到编程的超时。超时后，门极锁存关闭。
• ISL6161：超过编程的过流设定点时，门极被调制以调节电流，直到编程的超时发生。超时后，两个门极锁存关闭。若负载电流超过编程过流设定点的300%，受影响的门极立即拉至地，然后调制以调节电流，直到超时。

五、热插拔目标应用

不同的Intersil热插拔设备适用于多种目标应用，包括PCI、Compact PCI、存储系统、 -48V电信、USB、Infiniband和通用应用等。具体的应用匹配可参考以下表格：	INTERSIL PART NUMBER	BIAS VOLTAGE (V)	CONTROLLED VOLTAGE(S) (V)	PCI	COMPACT PCI	STORAGE SYSTEMS	-48V TELECOM	USB	INFINIBAND	GENERAL PURPOSE
HIP1011	+12	+12, -12, +5, +3.3	Y	Y
HIP1011A	+12	+12, -12, +5, +3.3	Y	Y
HIP1011B	+12	+12, -12, +5, +3.3	Y	Y
HIP1011D	+12	+12, -12, +3.3, +5 x2	Y
HIP1011E	+12	+12, -12, +3.3, +5 x2	Y
HIP1012A	+12	+12/+5 or +5/+3.3			Y
HIP1013	+12	+12/+5 or +5/+3.3			Y
HIP1020	+12 to +5	+12/+5/+3.3 or +5/+3.3			Y				Y
ISL6111	+12	+12, -12, +5, +3.3	Y	Y	Y
ISL6115	+12	+12			Y				Y
ISL6116	+12 or -V	+5 or -V			Y	Y			Y
ISL6117	+12	+3.3			Y	Y			Y
ISL6118	+2.5 to +5.5	2.5 to 5.5	Y				Y		Y
ISL6119	+2.5 to +5.5	2.5 to 5.5					Y		Y
ISL6120	+12	+2.5				Y			Y
ISL6121	+2.5 to +5.5	2.5 to 5.5			Y		Y		Y
ISL6140/50	-10 to -80	-10 to -80				Y			Y
ISL6141/51	-20 to -80	-20 to -80				Y			Y
ISL6142/52	-20 to -80	-20 to -80				Y			Y
ISL6160	+12 and +5	+12/+5						Y	Y
ISL6161	+12	+12/+3.3	Y						Y
ISL6173	+2.1 to +3.6	+2.17 to +3.6, +0.7 to VBIAS

在实际的电子设计中，工程师们需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的Intersil热插拔设备，并正确设置过流跳闸点，以确保系统的安全和稳定运行。大家在使用这些设备时，有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。