帶有校準(zhǔn)輸入的熱插拔控制器，精確監(jiān)測(cè)兩路負(fù)

本應(yīng)用筆記介紹如何利用MAX5977熱插拔控制器和單路ADC，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)兩個(gè)不同量程的負(fù)載電流：大功率主系統(tǒng)電流和低功率輔助系統(tǒng)電流。MAX5976集成MOSFET功率開(kāi)關(guān)，為輔助系統(tǒng)提供簡(jiǎn)單、高性價(jià)比功率控制。盡管MAX5977組合了兩個(gè)不同“域”的監(jiān)測(cè)功能，但兩個(gè)“域”的保護(hù)和控制完全獨(dú)立，提高了可靠性和安全性。

引言

當(dāng)存儲(chǔ)、處理或網(wǎng)絡(luò)接口卡用于高可用性(始終保持工作狀態(tài))系統(tǒng)時(shí)，必須采用熱插拔控制器。負(fù)載卡插入系統(tǒng)或從系統(tǒng)拔出時(shí)，這種熱插拔電路控制其電源的打開(kāi)和關(guān)閉。它還防止系統(tǒng)在板卡故障條件下發(fā)生過(guò)流。一些更先進(jìn)的熱插拔控制器還具有負(fù)載電壓、電流監(jiān)測(cè)功能，可用于計(jì)算負(fù)載功率。這種信息對(duì)于優(yōu)化效率、制冷及分配有限的電源輸出非常有用。

隨著板卡設(shè)計(jì)規(guī)模越來(lái)越大、系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，把輸入與板卡之間的功率劃分為兩級(jí)或多級(jí)“域”有助于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，其中一個(gè)“域”作為輔助電源監(jiān)測(cè)，功率要求比較?。涣硪粋€(gè)“域”則為板卡的主電源供電。這種方法允許輔助電源首先啟動(dòng)，最后關(guān)閉；而大功率“域”則獨(dú)立控制。如果需要功率監(jiān)測(cè)和計(jì)量，將電源分為兩個(gè)“域”時(shí)需要采用兩路獨(dú)立的熱插拔控制器(或至少一個(gè)雙通道控制器)，以便測(cè)量?jī)蓚€(gè)“域”的功率。

本應(yīng)用筆記介紹了如何利用MAX5977熱插拔控制器和一路ADC，精確監(jiān)測(cè)兩個(gè)獨(dú)立“域”的負(fù)載電流，而MAX5976集成的MOSFET功率開(kāi)關(guān)為輔助“域”的電源控制提供了簡(jiǎn)單、高性價(jià)比方案。

MAX5977校準(zhǔn)功能

Maxim的MAX5977能夠支持熱插拔控制器常見(jiàn)功能，驅(qū)動(dòng)高邊n溝道MOSFET開(kāi)關(guān)控制導(dǎo)通壓擺率，并保護(hù)過(guò)流。此外，MAX5977還具有高精度電流檢測(cè)跨導(dǎo)放大器，增益為2500μA/V，將檢測(cè)信號(hào)饋送到外部ADC，進(jìn)行負(fù)載電流監(jiān)測(cè)。為了精確校準(zhǔn)電流檢測(cè)系統(tǒng)，MAX5977可以將其跨導(dǎo)放大器的輸入切換到“校準(zhǔn)檢測(cè)”輸入。該功能由CAL輸入控制。

CAL為邏輯低時(shí)，電流檢測(cè)放大器檢測(cè)IN和SENSE之間的電壓，于是在CSOUT輸出一路等于(V_IN- V_SENSE) × 2500μA/V的電流，用于正常工作模式下的電流監(jiān)測(cè)。然而，如果CAL被驅(qū)動(dòng)為邏輯高，MAX5977將電流檢測(cè)放大器的負(fù)輸入切換至CALSENSE，于是CSOUT電流等于(V_IN- V_CALSENSE) × 2500μA/V。如果在IN和CALSENSE之間加一個(gè)精密電壓，該模式可用于采集數(shù)據(jù)，用于放大器和ADC的增益和漂移校準(zhǔn)。MAX5977的這種典型應(yīng)用如圖1所示，其中用精密流入電流源和校準(zhǔn)電阻建立CALSENSE信號(hào)。

測(cè)量?jī)蓚€(gè)電源域的電流

因?yàn)镸AX5977的校準(zhǔn)功能本質(zhì)上是一個(gè)用于精密電流檢測(cè)放大器的輸入復(fù)用器，所以只要兩個(gè)電阻被連接于一個(gè)共用IN電位，就可將其用于交替測(cè)量電流檢測(cè)電阻。圖2所示為一個(gè)基本應(yīng)用電路。主電流檢測(cè)電阻連接至SENSE輸入，輔助(內(nèi)務(wù)域)檢測(cè)電阻連接至CALSENSE輸入。所以可獨(dú)立測(cè)量?jī)蓚€(gè)域的負(fù)載電流。MAX5977為高功率域提供控制和保護(hù)，簡(jiǎn)單集成的負(fù)載開(kāi)關(guān)(例如MAX5976)，控制和保護(hù)低功率內(nèi)務(wù)域。


圖2. MAX5977用于雙域電流監(jiān)測(cè)的應(yīng)用電路。

微控制器采集和處理被ADC數(shù)字化的負(fù)載電流數(shù)據(jù)，ADC可為外部或集成至微控制器本身。為了測(cè)量主電流，微控制器驅(qū)動(dòng)CAL為低電平，短暫等待CSOUT達(dá)到穩(wěn)定，然后命令A(yù)DC進(jìn)行轉(zhuǎn)換并報(bào)告結(jié)果。同樣，為了測(cè)量輔助輸入，微控制器將CAL驅(qū)動(dòng)為高電平，重復(fù)相同的基本序列。

因?yàn)閮蓚€(gè)域的跨導(dǎo)輸出信號(hào)共用同一CSOUT、增益設(shè)置電阻，所以應(yīng)選擇輔助和主電流檢測(cè)電阻的值來(lái)簡(jiǎn)化定標(biāo)或提供最佳分辨率。

為了簡(jiǎn)化定標(biāo)及主和輔助電流求和，檢測(cè)電阻應(yīng)采用相同值。這樣就允許兩個(gè)電流測(cè)量值直接求和，確定兩個(gè)域的總電流。

為了獲得最佳分辨率，兩個(gè)電流檢測(cè)信號(hào)應(yīng)有相同的滿幅輸出電壓送至ADC。選擇的主和輔助檢測(cè)電阻的值與兩個(gè)域的最大負(fù)載電流具有相同的比值，可很容易實(shí)現(xiàn)這一目的：

I_{MAIN (max)}/I_{AUX (max)}= R_CALSENSE/R_SENSE

這可確保兩個(gè)域在滿荷條件下在CSOUT上的滿幅輸出相同。例如，圖1電路的主通路采用1mΩ，輔助通路采用20mΩ，意味著滿荷主電流將為滿荷輔助電流的20倍。

作為方便求和與獲得良好分辨率的折中方案，選擇的輔助檢測(cè)電阻可為主檢測(cè)電阻的2的整次方倍。該倍數(shù)應(yīng)近似為以上所述的最大負(fù)載電流比值。采用這種方法，微控制器中簡(jiǎn)單的二進(jìn)制左移位操作即可將主電流轉(zhuǎn)換結(jié)果縮放為相同單位的輔助電流結(jié)果。

定時(shí)和采樣

圖3中的MAX5977驅(qū)動(dòng)40.0kΩ CSOUT電阻，CAL以20kHz開(kāi)關(guān)。本例中，V_IN- V_SENSE= 5mV，V_IN

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