探索LM25069评估板：功能、操作与参数调整

在电子设计领域，热插拔控制器是保障系统稳定运行和安全的关键组件。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的LM25069评估板，它为设计工程师提供了一个功能完备的正电压系统热插拔控制器解决方案。

文件下载：LM25069MM-2EVAL.pdf

评估板概述

核心功能与应用

LM25069EVAL评估板专为正电压系统设计，板上搭载了LM25069 - 2芯片，具备自动重启功能。该评估板主要用于在负载连接到带电电源时，实现智能电源连接控制，其核心功能包括开机时的浪涌电流限制、正常运行时的负载电流故障监测、欠压锁定（UVLO）、过压锁定（OVLO）、功率限制以及电源正常逻辑输出（PGD）等。

规格参数

• 输入电压范围：+2.9V至17V
• 电流限制：5A，±10%
• Q1功率限制：15W
• UVLO阈值：4.8V和4.5V
• OVLO阈值：15V和14.6V
• 插入延迟：213ms
• 故障超时时间：14.6ms和12.1ms
• 重启时间：1.8秒
• 尺寸：4.0” x 1.38”

评估板配置

布局与连接

评估板的布局清晰，左侧的“BACKPLANE”部分代表背板电压源，垂直虚线是背板电压源与热插拔电路输入的边界。通过拨动开关（SW1）可以实现热插拔电路与背板电压源的连接和断开。系统电压连接到输入端子块（J1），外部负载连接到输出端子块（J2）。电容C3和C4模拟负载电路输入的电容，方便在不连接负载的情况下测试LM25069的开机特性。

操作原理

为确保热插拔电路可靠运行，系统连接器的电源侧需要电容（C7），其作用是最小化负载电流变化或关闭时产生的电压瞬变。若没有该电容，电源线的布线电感会在关闭时产生超过LM25069绝对最大额定值的电压瞬变，可能导致芯片损坏。

当向LM25069施加输入电压（如SW1闭合）时，Q1最初会在插入延迟（约213ms）期间保持关闭，以消除输入的振铃和瞬变。插入延迟结束后，若输入电压在UVLO和OVLO阈值之间，Q1将以受控方式开启，限制浪涌电流。LM25069通过两步过程将浪涌电流限制在安全水平：首先，在开机周期的第一阶段，当Q1两端的电压差最大时，通过监测其漏极电流（R10两端的电压）和漏源电压，将Q1的功率耗散限制在15W的峰值；当漏极电流达到电流限制阈值（5A）时，保持电流恒定，直到输出电压达到输入电压，此时电路进入正常运行模式。

在正常运行期间，通过上述电流限制电路监测负载电流故障。若负载电流增加到5A，Q1的栅极将被控制以防止电流进一步增加。当电流限制生效时，故障定时器会限制故障持续时间，故障超时后Q1关闭，LM25069 - 2每1.8秒尝试重启一次。在突然过载（如输出短路到地）的情况下，当R10两端的电压达到约95mV时，断路器传感器会迅速关闭Q1的栅极，当电流降至电流限制阈值时，电流限制电路接管控制。

PGD逻辑输出在开机期间为低电平，当输出电压达到输入电压的1.3V范围内时变为高电平，表示开机过程基本完成。若因故障导致输出电压低于输入电压1.9V以上，PGD将变为低电平。

评估板使用注意事项

布局与探测

在给评估板供电时，需要注意以下几点：

• 探测电路时要格外小心，避免受伤和损坏电路。
• 在最大负载电流（5A）下，连接电源和负载的电线尺寸和长度很重要。连接评估板和电源、负载的电线应绞合在一起，以最小化电感，减少负载电流关闭时产生的高压瞬变。

连接与启动

输入电压源连接到J1连接器，负载连接到J2连接器的OUT和GND端子，建议使用双绞线。应在输入和输出端子分别连接电压表，使用电流表或电流探头监测输入电流。为监测PGD输出状态，可在J2端子块的PGOOD和GND之间连接电压表。将拨动开关置于ON位置，逐渐增加输入电压，输入电流应在达到上UVLO阈值之前保持小于2mA，达到阈值后Q1开启。开机时间取决于输入电压、功率限制设置、电流限制设置和最终负载电流，在无负载电流时约为3.0ms，在14V输入电压和3.7A负载电流时约为6.5ms。

电路参数调整

电流限制

电流限制阈值由R10根据公式 (I_{LIM}=50mV / R10) 设置。评估板默认使用10mohm的电阻R10，电流限制为5A。若需更改电流限制阈值，可更换R10为所需阻值和功率的电阻。

功率限制

Q1在开机或故障期间的最大功率耗散由R9和R10根据公式 (P{FET(LIM)}=frac{R9}{2.32 × 10^{5} × R10}) 限制。评估板上的组件使 (P{FET(LIM)} = 15W)。每次Q1承受最大功率限制条件时，内部会受到几毫秒的应力，因此功率限制阈值必须设置得低于FET的安全工作区（SOA）图表所示的限制。

插入时间

插入时间从VIN处的输入电压达到2.6V开始，持续时间为 (t_{INSERTION}=C8 × 3.13 × 10^{5})。评估板上的插入时间约为213ms，在此期间Q1保持关闭，以允许VIN处的振铃和瞬变消退。

故障检测与重启

当负载电流增加到故障水平（电流限制阈值5A）时，内部电流源会对TIMER引脚的定时电容充电。当TIMER引脚的电压达到1.72V时，故障超时时间结束，LM25069关闭Q1，然后开始重启序列。初始故障超时时间 (t{FAULT(m)}=C{T} × 2.15 × 10^{4})，重启故障超时时间 (t{FAULT(Restart)}=C{T} × 1.776 × 10^{4})，重启时间 (t{RESTART}=C{T} × 2.65 × 10^{6})。评估板上的初始故障超时时间为14.6ms，重启故障超时时间为12.1ms，重启时间为1.8秒。

UVLO/OVLO输入电压阈值

评估板的UVLO阈值约为4.8V（上升）和4.5V（下降），OVLO阈值约为15V（上升）和14.6V（下降），这些阈值由电阻R1 - R4确定。根据不同需求，可通过调整JMP1的跳线和添加R4来改变阈值设置，具体有Option A、Option B、Option C和Option D四种配置方式。

其他功能与特性

关机

在电路正常运行时，可通过将UVLO引脚接地来关闭LM25069，测试点TP1可用于此操作。

电源良好输出

PGOOD逻辑输出指示电路状态，电路正常运行时（OUT电压在输入电压的1.3V范围内）为高电平，关机或故障时为低电平，VIN小于1.6V时也为高电平。评估板默认通过JMP2的1 - 2引脚连接，通过100kΩ上拉电阻从输入电压为PGD引脚供电。若需更改PGOOD高电平电压，可将JMP2的跳线移至2 - 3引脚，并向端子P1提供适当的上拉电压。若需要PGOOD输出延迟，可在R8和C6位置添加电阻和电容。

LM25069 - 1锁存版本

评估板上的LM25069 - 2在检测到故障后会尝试重启，而其配套的热插拔IC LM25069 - 1在检测到故障后会锁存关闭，需要外部控制才能重启，可通过将UVLO引脚短暂拉至阈值以下或移除并重新施加VIN处的输入电压来实现重启。

总结

LM25069评估板为工程师提供了一个灵活且功能强大的热插拔控制器解决方案。通过深入了解其功能、操作原理和参数调整方法，工程师可以根据具体应用需求优化电路设计，确保系统的稳定性和可靠性。在实际应用中，你是否遇到过热插拔控制器相关的问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。