SGM25711B：2.5V 至 18V 高效熱插拔控制器的全面解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，熱插拔功能至關(guān)重要，它能讓設(shè)備在帶電狀態(tài)下安全地插入或拔出電路板，大大提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性。SGM25711B 作為一款高性能的熱插拔控制器，為工程師們提供了強(qiáng)大的解決方案。今天，我們就來深入探討一下 SGM25711B 的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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一、SGM25711B 概述

SGM25711B 是一款熱插拔控制器，允許電路板安全地插入或移除帶電背板。它通過內(nèi)部電路驅(qū)動(dòng)外部 N - MOSFET 開關(guān)，控制 2.5V 至 18V 的電源電壓。該控制器具有可編程電流限制、功率限制和故障時(shí)間設(shè)置功能，確保外部 MOSFET 始終在安全工作區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。

特性亮點(diǎn)

1. 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為 2.5V 至 18V，適用于多種電源系統(tǒng)。
2. 可編程 MOSFET SOA 保護(hù)：可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置 MOSFET 的安全工作區(qū)域，提高系統(tǒng)的可靠性。
3. 精確的電流限制：在任何時(shí)候都能精確限制電流，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
4. 低電流檢測(cè)閾值：25mV 的精確電流檢測(cè)閾值，允許使用更小的檢測(cè)電阻，從而降低功率損耗和尺寸。
5. 多種輸出功能：具備電源良好輸出（Power Good Output）和故障輸出功能，方便進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和負(fù)載保護(hù)。
6. 快速斷路器：提供短路保護(hù)，確保系統(tǒng)在短路情況下能快速切斷電路。
7. 可編程故障定時(shí)器：可設(shè)置故障時(shí)間，當(dāng)負(fù)載電流超過設(shè)定值且持續(xù)時(shí)間超過編程時(shí)間時(shí)，外部 MOSFET 將關(guān)閉，并在故障超時(shí)延遲后自動(dòng)重啟。
8. 可編程欠壓閾值：可根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)置欠壓閾值，確保系統(tǒng)在電壓不足時(shí)能正常工作。
9. 綠色 MSOP - 10 封裝：符合環(huán)保要求，且封裝尺寸小，節(jié)省電路板空間。

二、引腳配置與功能

引腳配置

引腳功能詳細(xì)解析

1. VCC 引腳：具有三個(gè)功能，一是為芯片供電；二是作為上電復(fù)位（POR）和欠壓鎖定（UVLO）功能的輸入端子；三是 VCC 引腳的引線應(yīng)直接連接到檢測(cè)電阻的正端，以便更準(zhǔn)確地檢測(cè)流過電阻的電流，建議使用 0.1μF 的電容。
2. EN 引腳：當(dāng) EN 引腳的電壓大于 1.35V 時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器開始工作。可添加外部分壓電阻來監(jiān)測(cè)輸入欠壓。當(dāng)芯片鎖定時(shí)，下拉然后上拉 EN 引腳可重啟芯片，該引腳不能浮空。
3. GATE 引腳：作為 MOSFET（M1）的柵極驅(qū)動(dòng)，電荷泵以 33μA 的電流為柵極充電。在正常運(yùn)行時(shí)，VCC 近似等于 Vout，V(GATE - VCC) 被鉗位到最大 13.5V。在啟動(dòng)期間，放大器調(diào)節(jié)輸出電流以控制柵極電壓并限制浪涌電流。在浪涌期間，TIMER 引腳以 10μA 的電流為電容充電，直到 V(GATE - VCC) 電壓超過設(shè)定電壓（當(dāng) VCC = 12V 時(shí)為 5.6V），若 V(GATE - VCC) 大于定時(shí)器設(shè)定電壓，TIMER 引腳停止提供電流并開始吸收電流。該引腳在三種情況下會(huì)被禁用：
   • 當(dāng) V(VCC - SENSE) > 25 mV、VEN 低于下降閾值電壓或 VCC 達(dá)到 UVLO 的下限閾值時(shí)，11mA 的電流吸收器將下拉 GATE 電壓。
   • 當(dāng) VEN 小于其下降閾值或輸出短路且 V(VCC - SENSE) 超過 61.5mV 時(shí)，GATE 引腳通過 3.2Ω 電阻下拉，芯片快速跳閘關(guān)閉，仍有 11mA 的下拉電流關(guān)閉 MOSFET。
   • 若芯片溫度超過閾值，芯片通過 17.5kΩ 電阻將 GATE 電荷放電到 GND。在自動(dòng)重試模式下，芯片將定期重啟。GATE 和 GND（或 OUT）引腳之間不應(yīng)連接電阻。
4. nFLT 引腳：該引腳用于指示故障事件。當(dāng) SGM25711B 在電流限制范圍內(nèi)保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，故障定時(shí)器到期時(shí)，低電平開漏輸出將被拉低。SGM25711B 工作在自動(dòng)重試模式，故障超時(shí)將停止外部 MOSFET（M1）的運(yùn)行，并在 16 個(gè)打嗝周期后嘗試重啟。當(dāng)故障未消除時(shí)，打嗝繼續(xù)，此時(shí)該引腳將被拉低。如果 M1 被 EN、OTSD 或 UVLO 禁用，nFLT 引腳將不會(huì)被置位。該引腳在不需要時(shí)可以懸空。
5. OUT 引腳：可測(cè)量 MOSFET 的漏源電壓，功率限制功能也需要該引腳。建議放置肖特基二極管以防止負(fù)壓，同時(shí)該引腳需要連接低 ESR 陶瓷電容到地以旁路高頻信號(hào)。
6. nPG 引腳：當(dāng) MOSFET 的漏源電壓小于 230mV 且經(jīng)過 4ms 的消抖時(shí)間后，該引腳的漏極被下拉。當(dāng) VDS > 315 mV 時(shí)，變?yōu)殚_漏輸出。即當(dāng) M1 的 VDS 上升時(shí)，經(jīng)過相同的消抖時(shí)間后，該引腳呈現(xiàn)高阻態(tài)。
7. PROG 引腳：PROG 和 GND 引腳之間的電阻設(shè)置 MOSFET 允許的最大功率。不要直接向 PROG 引腳施加電壓。當(dāng)不使用恒定功率限制功能時(shí)，用 4.99kΩ 電阻將該引腳連接到地。若需要設(shè)置恒定功率，可參考公式 (R{PROG }=frac{3600}{P{LIM} × R{SENSE }}) 計(jì)算，其中 (P{LIM }) 是 M1 的功率限制值，(R_{SENSE }) 是 VCC 和 SENSE 引腳之間的檢測(cè)電阻。
8. SENSE 引腳：該引腳是檢測(cè)電阻的另一端，通過檢測(cè)檢測(cè)電阻兩端的電壓來限制電流，可參考公式 (I{LIM }{SENSE }}) 。當(dāng) V(VCC - SENSE) > 61.5 mV 時(shí)，發(fā)生快速跳閘關(guān)閉。
9. TIMER 引腳：TIMER 和 GND 之間連接一個(gè)電容來計(jì)時(shí)故障時(shí)間。當(dāng)過載發(fā)生時(shí)，TIMER 以 10μA 的電流充電，否則以 10μA 的電流放電。如果 TIMER 達(dá)到 1.35V，MOSFET 將被關(guān)閉。該電容設(shè)置故障后的重啟時(shí)間，建議使用最小 1nF 的電容以確保定時(shí)器正常工作，電容值可通過公式 (C{TIMER }=frac{10 mu A}{1.35 V} × t{nFLT }) 計(jì)算。