本應用筆記介紹如何利用MAX5977熱插拔控制器和單個ADC，對兩個域的負載電流進行精密、獨立的監測：高功率初級域和低功耗內務域。MAX5976集成MOSFET功率開關可用于為內務管理領域提供簡單、高性價比的電源控制。盡管MAX5977結合了兩個域的監視功能，但兩個域的保護和控制仍然完全獨立，從而提高了可靠性和安全性。

介紹

當存儲、處理或網絡接口卡設計為在高可用性（始終在線）系統中進行維修或更換時，必須使用熱插拔或熱插拔控制器。此熱插拔電路控制卡在系統插入和拔出時打開和關閉卡的電源。它還可以在負載卡發生故障時保護系統免受過流的影響。更復雜的熱插拔控制器現在包括允許監控負載電壓和電流的功能，這些功能又可用于計算負載功率。此信息對于優化效率、冷卻和有限電源輸出的分配非常有用。

當負載卡變得更大、更復雜時，最好將卡的電源分成兩個或多個域，其中一個域是功率要求較低的“內務管理”電源，另一個域為卡提供主電源。這種方法允許出于管理目的首先啟動，最后關閉，而高功率域則單獨控制。但是，如果需要功率監控或計量，將電源分成兩個域通常需要使用兩個單通道熱插拔控制器（或至少一個雙通道控制器）來測量兩個域的功率。

本應用筆記介紹如何使用MAX5977熱插拔控制器和單個ADC，對兩個域的負載電流進行精密、獨立的監測，同時MAX5976集成MOSFET電源開關為內務管理域提供簡單、經濟高效的電源控制。

MAX5977校準功能

Maxim的MAX5977執行熱插拔控制器的常用功能，驅動高邊n溝道MOSFET開關，以控制導通電壓轉換速率并防止過流情況。此外，MAX5977還包括一個增益為2500μA/V的精密檢流跨導放大器，可用于饋送外部ADC用于負載電流監測。為了對電流檢測系統進行精密校準，MAX5977可以將跨導放大器的輸入切換為備用的“校準檢測”輸入。此功能由 CAL 輸入控制。

當CAL邏輯低電平時，電流檢測放大器檢測IN和SENSE之間的電壓，因此電流相當于（V在- 五意義） CSOUT 輸出× 2500μA/V，用于正常工作期間的電流監控。但是，如果CAL被驅動為高電平，MAX5977將電流檢測放大器的負輸入切換至CALSENSE，使得CSOUT電流等于（V在- 五卡爾森斯） × 2500μA/V。如果在IN和CALSENSE之間施加精密電壓，則此模式可用于收集放大器和ADC的增益和失調校準數據。MAX5977的典型應用如圖1所示，其中使用精密吸電流和校準電阻建立CALSENSE信號。

圖1.MAX5977的典型應用具有滿量程電流檢測校準信號。

測量兩個電源域中的電流

由于MAX5977的校準功能本質上是精密檢流放大器的輸入多路復用器，因此只要兩個電阻都連接到公共IN電位，就可以重新用于測量交替檢流電阻。基本應用電路如圖2所示。主檢流電阻器連接到 SENSE 輸入端，而輔助（內務管理域）檢流電阻器連接到 CALSENSE 輸入端。然后可以獨立測量兩個域中每個域的負載電流。MAX5977為大功率域提供控制和保護，而簡單的集成負載開關（如MAX5976）則控制和保護低功耗內務管理域。

圖2.MAX5977應用電路，用于雙域電流監測。

微控制器收集和處理由ADC數字化的負載電流數據，ADC可以是外部的，也可以集成到微控制器本身中。為了測量主電流，微控制器將CAL驅動為低電平，短暫等待CSOUT建立，然后命令ADC轉換并傳輸結果。同樣，為了測量輔助電流，微控制器重復相同的基本序列，CAL驅動高電平。

由于兩個域的跨導輸出信號將共享同一個CSOUT增益設置電阻，因此應選擇輔助和主檢流電阻的值，以簡化縮放或提供最佳分辨率。

為了簡化主電流和輔助電流的縮放和求和，檢測電阻應為相同的值。這允許將兩個電流測量值直接相加，以確定兩個域的總電流。

為了獲得最佳分辨率，兩個電流檢測信號應具有相同的滿量程輸出電壓，以便為ADC供電。這可以通過選擇主檢測電阻和輔助檢測電阻的值來實現，其比率與兩個域的最大負載電流相同：

我主要（最大）/我輔助（最大）= R卡爾森斯/R意義

這可確保在滿載條件下，兩個域的CSOUT滿量程電壓相同。例如，圖1電路的主路徑為1mΩ，輔助路徑為20mΩ，表明滿載主電流將是滿載輔助電流的20倍。

為了提供易于求和并實現良好分辨率的折衷方案，請選擇輔助檢測電阻作為主檢測電阻的二進制倍數。該倍數應近似于上述最大負載電流比。通過這種安排，微控制器中的簡單二進制左移操作將主電流轉換結果縮放到與輔助電流結果相同的“單位”。

定時和采樣

圖3所示為MAX5977驅動40.0kΩ CSOUT電阻，CAL開關頻率為20kHz。在此示例中，V在- 五意義= 5mV 和 V在- 五卡爾森斯= 25mV。當 CAL 為低時，V摳枝末在 2500μA/V × 40.0kΩ = 500mV ×時為 5mV，當 CAL 為高電平時，V摳枝末= 25mV × 2500μA/V × 40.0kΩ = 2500mV。這些電平分別對應于2.5V ADC滿量程輸入的20%和100%。原始CSOUT信號在CAL上升沿或下降沿的10μs內建立良好。當增加MAX4236精密放大器來調節和緩沖高阻抗CSOUT信號時，其0.3V/μs的典型輸出壓擺率足夠快，可以提供大致相同的建立時間。

一種可能的應用是使用

MAX1393

真差分、12位SAR ADC對緩沖的CSOUT信號進行數字化處理。對于這種SPI?驅動的ADC，一次轉換需要16個串行總線時鐘周期。在2MHz串行數據速率下，轉換可在8μs內完成。事實上，由于該ADC采用采樣保持輸入電路，因此在切換CAL輸入且CSOUT建立到新值時，可能會發生實際轉換。

圖4

顯示了緩沖CSOUT信號和串行數據時鐘時序的示例，用于以10ksps的速度對每個信號進行采樣。

圖4.MAX1393 ADC采樣負載電流，用于兩個電源域，每個電源域采樣10ksps。

優勢

使用MAX5977校準功能測量兩條不同的電流路徑具有多種優勢。

校準功能本身無需外部多路復用器來處理檢測電阻的高共模電壓，從而減小了尺寸和復雜性。只需一個ADC，大大降低了解決方案的成本。由于兩種測量都使用相同的電流檢測放大器和增益設置電阻，因此兩個域的測量精度相同。如果需要對電流檢測信號進行濾波，可以在緩沖放大器周圍實現，并且只需要一組濾波器元件。

該解決方案還增加了靈活性，因為微控制器可以根據需要分配時間和資源來測量主電流和輔助電流。例如，兩個域的測量可以一對一交替進行?；蛘?，系統可以主要專注于測量和監控主路徑，僅偶爾對輔助路徑進行定期“抽查”。換句話說，系統的監控“帶寬”可以根據運行狀態在主路徑和輔助路徑之間進行不同的分配。

盡管MAX5977結合了兩個域的監視功能，但兩個域的保護和控制仍然完全獨立，從而提高了可靠性和安全性。

結論

與專用電流檢測放大器相比，MAX5977的校準功能是獨一無二的，與MAX5977的熱插拔和電子斷路器功能結合使用時尤其值得注意。它不僅可以用于實現在線校準，還可以用于測量兩個獨立電源域的負載電流，從而簡化高可靠性負載卡的設計和操作。

審核編輯：郭婷