2.2 基于UCC3918的熱插拔控制電路

　　為了能在測控網(wǎng)絡(luò)中方便地添加、撤除和更換傳感器模塊，IEEE 1451.2協(xié)議智能傳感器接口模塊具有即插即用的能力。這使得傳感器獨立接口電路的設(shè)計要考慮熱插拔過程帶來的瞬時電流的影響。當(dāng)智能傳感器接口模塊插入網(wǎng)絡(luò)適配器時，網(wǎng)絡(luò)適配器已經(jīng)處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，所有電容都已充滿了電，智能傳感器接口模塊是不帶電的，電容里面沒有電荷。因此，當(dāng)智能傳感器接口模塊接觸網(wǎng)絡(luò)適配器時，由于給智能傳感器接口模塊上的電容充電會產(chǎn)生很大的瞬時電流。同樣，帶電的智能傳感器接口模塊從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用適配器上拔出時，由于旁路電容放電，在帶電的智能傳感器接口模塊和網(wǎng)絡(luò)適配器之間形成一條低阻通路，這樣也會導(dǎo)致產(chǎn)生大的瞬時電流[3]。嚴(yán)重情況下，熱插拔過程中較大的瞬時電流會使電源電壓出現(xiàn)瞬時跌落，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位，甚至導(dǎo)致連接件、電子元件和電路板連線的損壞。

　　為了系統(tǒng)的安全可靠運行，必須抑制過大的瞬時電流。為此在接口電路的設(shè)計中采用了UCC3918芯片。UCC3918低電阻熱交換功率控制器是TI公司生產(chǎn)的一款熱插拔控制器。UCC3918的工作電壓為3～6 V，具有低達(dá)0.06 Ω的導(dǎo)通電阻，最高限幅電流可達(dá)5 A。只需配備很少的外圍器件，UCC3918就能提供完整的電源管理、熱插拔限流功能和斷路器功能。

　　UCC3918芯片的基本工作原理是：當(dāng)輸出電流低于最大允許電流值IMAX時，UCC3918工作在低阻抗導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)輸出電流大于最大允許電流或者故障電流門限值時，保持電路導(dǎo)通；同時，故障計時器向電容CT充電，一旦電容CT電壓達(dá)到預(yù)設(shè)門限值，將關(guān)斷電流輸出30倍充電時間。輸出電流降到最大允許電流值以下時，UCC3918從開關(guān)狀態(tài)回到低電阻導(dǎo)通狀態(tài)。UCC3918還提供了快速過流保護(hù)，當(dāng)電流急速越過故障電流門限值時，快速過流保護(hù)會關(guān)斷電流輸出。在電路短路等極端條件下，此功能為器件提供有效保護(hù)。

　　UCC3918的應(yīng)用設(shè)計方案如圖3所示，通過合理地選擇2個電阻和2個電容的值，就可以達(dá)到有效抑制瞬時電流的目的。

圖3 基于UCC3918的熱插拔控制電路圖

　　其中，RIFAULT參考式(1)設(shè)置：

式中，ITRIP為故障電流門限值。RIMAX參考式⑵設(shè)置：R

式中，IMAX為最大負(fù)載電流。TII設(shè)置電流門限值時，IMAX設(shè)為智能傳感器接口模塊正常負(fù)載電流的1.2~1.5倍，故障電流IFAULT設(shè)為智能傳感器接口模塊正常負(fù)載電流的4倍，CT取一倍負(fù)載電容。

　　為了驗證上述設(shè)計的有效性，對TII接口做了實驗驗證，結(jié)果如表2所列。一組實驗條件是沒有熱插拔控制電路，另一組實驗條件是使用了UCC3918熱插拔控制器。作為負(fù)載的智能傳感器接口模塊的正常工作電流是650 mA。具備熱插拔功能的TII接口，其最大瞬時電流為2.0 A，約為正常工作電流的3倍。如果不設(shè)計熱插拔控制電路，瞬時電流將近是正常電流的5倍。這可能會導(dǎo)致系統(tǒng)電源瞬時電壓跌落或損壞器件。

表2 最大瞬時電流對照表

　　圖4是熱插拔的電流波形對比圖。上面是啟動熱插拔控制電路的電流波形，下面是未啟動熱插拔控制電路的電流波形。

圖4 熱插拔電流波形對比圖

結(jié)語

　　本文介紹了基于IEEE 1451.2協(xié)議的智能傳感器獨立接口部分的設(shè)計和實現(xiàn)，并通過實驗驗證了熱插拔控制功能的有效性，所設(shè)計的接口已經(jīng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中。