使用TI的設(shè)計(jì)計(jì)算器工具來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)字熱插拔設(shè)計(jì)

這篇文章我們將研究使用 PI-Commander GUI 作為幫助設(shè)計(jì)數(shù)字熱插拔控制器的兩種方法。

熱插拔控制器位于許多系統(tǒng)的前端，可控制流向負(fù)載的電力并防止出現(xiàn)故障。它們?cè)谳斎攵说奈恢檬顾鼈兂蔀楸O(jiān)控進(jìn)入電路板的電壓、電流和功率的理想選擇。因此，許多熱插拔控制器具有集成放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，并且可以通過(guò) I 2 C/PMBus 將這些測(cè)量結(jié)果報(bào)告給外部微控制器。

開(kāi)始使用熱插拔控制器進(jìn)行數(shù)字電源管理是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程。PI-Commander GUI等設(shè)計(jì)工具可作為經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的測(cè)試平臺(tái)來(lái)評(píng)估或排除系統(tǒng)性能故障，從而顯著縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。

例如，我們是否嘗試讀取當(dāng)前測(cè)量值但結(jié)果相差甚遠(yuǎn)？如果我們已經(jīng)在使用正確的感測(cè)電阻器布局技術(shù)，那么問(wèn)題可能出在軟件實(shí)現(xiàn)上。

PI-Commander GUI提供有關(guān)根據(jù) PMBus 協(xié)議計(jì)算電流測(cè)量值時(shí)使用的 b、m 和 R 系數(shù)的詳細(xì)信息。只需選擇 View > PMBus Coefficient Editor（圖 1）。然后輸入限流閾值和電流檢測(cè)電阻值，以查看相應(yīng)的 b、m 和 R 系數(shù)。

圖 1：PI-Commander GUI 中的 PMBus 系數(shù)編輯器

或者我們的熱插拔電路可能意外關(guān)閉。如果是這樣，請(qǐng)查看 PMBus 注冊(cè)頁(yè)面以找出原因。我們可能會(huì)注意到故障寄存器（例如 STATUS_WORD）顯示 INPUT 故障并且 POWER GOOD 為低電平。如果我們深入研究 STATUS_INPUT 寄存器，我們可以在圖 2 中看到 IIN OC FAULT 位已設(shè)置，這表明輸入過(guò)流事件導(dǎo)致熱插拔控制器關(guān)閉。

圖 2：PI-Commander GUI 中 PMBus 寄存器頁(yè)面中的 STATUS_WORD 和 STATUS_INPUT 寄存器

最后，如果PI-Commander GUI在我們的系統(tǒng)中運(yùn)行良好，但我們的自定義微控制器/軟件實(shí)施仍然存在問(wèn)題，也許我們可以幫助解釋原始 I 2 C 通信。PI-Commander GUI具有流量日志（參見(jiàn)圖 3），可觀察并記錄主機(jī)（PI-Commander GUI）通過(guò) I 2 C 通信的原始十六進(jìn)制值和從機(jī)（熱插拔控制器）接收的值。

圖 3：選擇 View > Traffic Log 打開(kāi)流量日志窗口

圖 4：在 PMBus 注冊(cè)頁(yè)面上選擇更新?tīng)顟B(tài)或更新遙測(cè)時(shí)觀察并記錄流量日志信息

隨著熱插拔行業(yè)的發(fā)展以及系統(tǒng)需要更高功率、更小尺寸和更低成本的解決方案，組件選擇變得更加關(guān)鍵。涉及多項(xiàng)計(jì)算，針對(duì)最壞情況的設(shè)計(jì)可能很快成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。我們是否考慮了定時(shí)器引腳的最小/最大源電流，或降低了 MOSFET 的安全工作區(qū) (SOA) 曲線隨溫度變化的速率？我們需要考慮這些類型的問(wèn)題，否則我們的設(shè)計(jì)可能會(huì)遇到啟動(dòng)問(wèn)題——甚至是 MOSFET 或集成電路故障。

LM25066 設(shè)計(jì)計(jì)算器等設(shè)計(jì)工具可以幫助解決這些問(wèn)題并為我們執(zhí)行必要的計(jì)算，從而節(jié)省數(shù)小時(shí)的時(shí)間并避免人為錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。無(wú)論我們是在創(chuàng)建新設(shè)計(jì)還是對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行故障排除，請(qǐng)考慮使用設(shè)計(jì)計(jì)算器來(lái)揭示關(guān)注領(lǐng)域。

熱插拔設(shè)計(jì)中可能發(fā)生的最危險(xiǎn)的故障是輸出短路，然后是輸入電源的應(yīng)用。MOSFET 將在其飽和區(qū)域（高 V DS電壓）開(kāi)始開(kāi)啟，并且功耗可能非常大。在這種情況下，一些熱插拔控制器（例如TPS24770）可能會(huì)限制 MOSFET 的功耗，而其他控制器可能不會(huì)。

為了檢查 MOSFET 是否存在風(fēng)險(xiǎn)，我們需要考慮熱插拔控制器可以限制的功率大小和持續(xù)時(shí)間，并將其與 MOSFET 可以無(wú)故障處理的功率大小和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行比較. 設(shè)計(jì)計(jì)算器工具將通過(guò)收集所有必要的輸入（例如最大負(fù)載電流、環(huán)境溫度、R DSON、熱系數(shù)、電流限制/功率限制和 SOA 曲線）來(lái)引導(dǎo)我們完成此過(guò)程，然后計(jì)算設(shè)計(jì)的余量擁有。如果 MOSFET 存在風(fēng)險(xiǎn)，該工具將以紅色突出顯示單元格（參見(jiàn)圖 1）并說(shuō)明如何解決問(wèn)題。

圖1 ：在最壞情況下具有較差 MOSFET SOA 裕度的熱插拔設(shè)計(jì)示例（使用 LM25066 設(shè)計(jì)計(jì)算器工具的第 4 步獲得）

我們可以通過(guò)使用熱插拔設(shè)計(jì)計(jì)算器工具來(lái)幫助選擇組件以及創(chuàng)建、審查或排除熱插拔電路設(shè)計(jì)故障，從而避免許多應(yīng)用問(wèn)題。隨著熱插拔控制器成為數(shù)字電源管理的一個(gè)組成部分，需要全面的數(shù)字設(shè)計(jì)工具。PI-Commander GUI 提供快速評(píng)估和排除數(shù)字熱插拔電路設(shè)計(jì)故障所需的功能，從而節(jié)省了數(shù)字電源設(shè)計(jì)人員的時(shí)間。