MAX5961评估套件：四通道热插拔控制器的全面解析

在电子设计领域，热插拔技术对于系统的稳定性和可维护性至关重要。MAX5961评估套件为工程师提供了一个理想的平台，用于测试和评估MAX5961四通道热插拔控制器的性能。本文将深入介绍该评估套件的各个方面，包括其功能特点、硬件设计、软件操作以及使用方法。

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评估套件概述

MAX5961评估套件旨在展示MAX5961四通道热插拔控制器的功能，该控制器具备电压和电流监测功能。套件电路配备了多个跳线，可用于配置MAX5961的初始设置，输入电压范围、输出电压和电流限制以及故障管理功能均可通过软件编程实现。此外，每个通道的欠压锁定阈值也可通过安装外部组件进行配置。评估过程中，套件提供了 (FAULT)、(PG_) 和 (ALERT) 输出信号，方便进行电路监测。

套件特点

热插拔功能

该套件能够在电源启动后安全地热插拔四个独立的0V至16V电源，为系统的维护和升级提供了便利。

可视化监测

采用4层、2oz铜PCB设计，可承受20A负载，同时配备多个输出信号和LED指示灯，方便进行可视化监测。

可配置性

热插拔通道的欠压锁定阈值可配置，满足不同应用场景的需求。

通信接口

板载I2C通信接口电路和USB接口，便于与计算机进行通信和控制。

软件兼容性

提供与Windows 2000/XP/Vista（32位）兼容的评估软件，具有简单的图形用户界面（GUI），方便用户操作。

完整组装和测试

套件经过完全组装和测试，用户可直接使用，节省开发时间。

组件清单

评估套件包含多种电容、二极管、MOSFET、电阻等组件，具体清单如下：	DESIGNATION	QTY	DESCRIPTION
C1, C3–C10, C17, C21, C39	12	0.1μF ±10%, 16V X7R陶瓷电容器（0603）TDK C1608X7R1C104K
C2, C13, C15	3	10μF ±20%, 6.3V X5R陶瓷电容器（0805）TDK C2012X5R0J106M
C11, C12	2	10pF ±5%, 50V C0G陶瓷电容器（0603）TDK C1608C0G1H100J
C14, C16, C38, C40, C41	5	1μF ±10%, 25V X5R陶瓷电容器（0603）Murata GRM188R61E105K
C18, C19	2	22pF ±5%, 50V C0G陶瓷电容器（0603）TDK C1608C0G1H220J
C20	1	3300pF ±10%, 50V X7R陶瓷电容器（0603）TDK C1608X7R1H332K
D1	1	200mA, 20V肖特基二极管阵列（6 SOT363）Diodes Inc. BAT54CDW（顶部标记：KL7）
D2, D3	2	200mA, 25V肖特基二极管（3 SOT23）Fairchild BAT54（顶部标记：L4P）Diodes Inc. BAT54（顶部标记：KL1）
D4 - D8	5	红色LED（0603）Panasonic LNJ308G8TRA（顶部标记：W7）
N1, N3, N5, N7	4	30V, 16A n沟道MOSFET
N2, N4, N6, N8	4	60V, 115mA n沟道MOSFET（3 SOT23）Diodes Inc. BSS84（顶部标记：K84）
R27, R55, R56	1	220Ω ±5%电阻（0603）
R48, R49, R50	3	1kΩ ±5%电阻（0603）
R29, R30, R32, R38, R39, R46	9	150Ω ±5%电阻（0603）
TP1 - TP27	27	迷你测试点，红色
U6	1	Maxim MAX8511EXK25+T 3.3V稳压器（5 SOT23）（顶部标记：ADQC）
USB	1	USB系列B直角PC连接器
VIN	1	输入电源连接器
VS1, VO1, VS2, …	16	连接器
Y2	1	晶振
	16	分流器
	1	PCB：MAX5691评估套件+

软件操作

快速启动

在开始使用评估套件之前，需要准备以下设备：

• MAX5961评估套件（包含USB电缆）
• 配备Windows 2000/XP/Vista操作系统的计算机，带有空闲的USB端口
• 四个16V直流电源
• 四个电压表

操作步骤如下：

1. 访问www.maxim-ic.com/evkitsoftware下载最新版本的评估套件软件5961Rxx.ZIP，并将其保存到临时文件夹中，然后解压缩。
2. 运行临时文件夹中的INSTALL.EXE程序，将软件安装到计算机上，程序文件将被复制并在Windows开始菜单中创建图标。
3. 将四个电源调整到5V并禁用输出。
4. 验证跳线JU1 - JU4的2 - 3引脚之间是否安装了分流器（最大快速跳闸电压限制设置为25mV）。
5. 验证跳线JU5的2 - 3引脚之间是否安装了分流器（独立通道控制）。
6. 验证跳线JU6的1 - 2引脚之间是否安装了分流器（在临界欠压/过压故障时，(ALERT) 输出置位，(PG_) 输出复位）。
7. 验证跳线JU7和JU8的2 - 3引脚之间是否安装了分流器（MAX5961 I2C地址 = 0x74）。
8. 验证跳线JU9的2 - 3引脚之间是否安装了分流器（+3.3V为U1供电）。
9. 验证跳线JU10、JU11、JU13和JU14之间是否未安装分流器（每个输入通道的欠压锁定阈值设置为0.6V）。
10. 验证跳线JU12上是否安装了分流器（锁存关闭模式）。
11. 验证跳线JU15上是否未安装分流器（硬件使能，EN2位设置为1）。
12. 验证跳线JU16上是否未安装分流器（(PG_) 输出信号极性设置为高电平有效）。
13. 将第一个电源的正极连接到VS1香蕉插孔连接器，负极连接到GND香蕉插孔连接器。
14. 按照相同的方法连接其余三个电源。
15. 将四个电压表分别连接到相应的VOx PC焊盘和GND PC焊盘。
16. 将USB电缆从计算机连接到评估套件板。首次安装USB驱动程序时，会弹出“新硬件找到”窗口。如果30秒内未看到该窗口，请拔下USB电缆并重新连接。在Windows上安装USB设备驱动程序需要管理员权限。
17. 按照“添加新硬件向导”的指示安装USB设备驱动程序。选择“搜索设备的最佳驱动程序”选项，并使用“浏览”按钮指定设备驱动程序的位置为C:Program FilesMAX5961（默认安装目录）。在设备驱动程序安装过程中，Windows可能会显示警告消息，提示Maxim使用的设备驱动程序未包含数字签名，这不是错误情况，可以继续安装。有关详细信息，请参考USB_Driver_Help.PDF文档。
18. 通过打开开始菜单中的MAX5961评估套件图标启动软件，软件主窗口将显示。
19. 启用四个电源输出。
20. 验证 (PG_) 绿色LED（D5 - D8）是否亮起。
21. 验证 (FAULT_) 和 (ALERT) 红色LED（D9 - D13）是否熄灭。
22. 验证四个电压表是否测量到5V。
23. 评估套件准备好进行进一步测试。

软件详细描述

图形用户界面

MAX5961评估套件GUI软件提供了一个用户界面，用于控制MAX5961 IC的可编程功能。用户可以使用鼠标或按Tab键在GUI控件之间导航。软件将评估套件的功能分为逻辑块，顶部的“Interface”框包含系统功能，每个选项卡分组了每个通道的功能。使用这些控件时，会生成正确的I2C读写操作，以访问MAX5961的内部存储器寄存器。

软件启动

在启动过程中，软件会自动搜索用于I2C通信的Maxim微控制器（U2）、MAX7313 I/O扩展器（U7）和MAX5961。状态LED D4指示微控制器是否正常工作。如果未找到微控制器，请验证USB电缆是否正确连接，评估套件是否通电，然后在重试连接消息框中点击“YES”按钮。上电后，软件会读取所有寄存器的数据，并在相应的GUI字段中显示。

配置

评估套件软件的“Configuration”选项卡显示了MODE、PROT、RETRY和POL的一般设置，以及每个通道的特定设置。可以通过勾选“Deglitch”复选框来启用去毛刺功能。

控制和状态

“Control/Status”选项卡显示每个通道的状态，包括电压和电流测量值。可以通过配置软件的EN1_和EN2_组合框或启用“Force-ON Keys Enable”和“Force-ON”复选框来启用每个通道。勾选相应的“Reset”或“Hold”复选框可以重置或锁定最大和最小电压、电流测量值。点击“Clear Alert”按钮可以清除警报位和输出信号。

循环缓冲区

“Circular Buffer”选项卡允许用户控制和配置每个通道的电压和电流循环缓冲区。每个循环缓冲区始终包含最近50次数字测量的记录，测量分辨率可以设置为8位或10位。如果相应的缓冲区（电压缓冲区或电流缓冲区）设置为“Run”，则记录的测量值包括由“Stop-Delay Buffer”设置的关机事件后测量的样本数。如果设置为“Stop”，则相应的循环缓冲区将停止记录新数据。点击“Read Voltage Buffer”或“Read Current Buffer”按钮可以读取并显示缓冲区中的50个测量值。

高级用户界面

高级用户可以通过点击“View | 2-Wire Interface Diagnostic”使用I2C串行接口。该功能会显示一个窗口，允许进行I2C操作，如读取和写入，用于故障排除。使用此功能时，需要在MAX5961主程序中勾选“Silence I2C Activity”复选框，以停止正常的I2C活动。

硬件设计

热插拔控制器

MAX5961评估套件电路展示了MAX5961四通道热插拔控制器的功能，该控制器使用内部10位ADC持续监测输出电流和电压。MAX5961 IC控制每个通道的n沟道MOSFET，同时监测感测电阻上的电流和输出电压。评估套件控制器正常工作需要3V（2.7V + 肖特基二极管压降）至16V直流电源，每个热插拔通道可配置为输入电压低至0V。

输入电源

评估套件需要3V（2.7V + 肖特基二极管压降）至16V的输入直流电源。电路中的跳线JU9允许用户选择三种方法之一为MAX5961 IC（U1）供电：	SHUNT POSITION	MAX5961 IC INPUT POWER SOURCE
1 - 2	VS1, VS2, VS3, VS4, or VIN input
2 - 3	+3.3V or VIN input
Not installed	VIN input

通信电路和端口扩展器（U7）由USB 5V电源供电。

热插拔通道启用

在启动过程中，如果相应的EN2位设置为1且ON_输入为高电平，则每个热插拔通道将被启用。EN2位取决于HWEN引脚的状态。评估套件电路提供跳线JU15来配置HWEN引脚：	SHUNT POSITION	HWEN PIN	EN2 BIT
Not installed	Connected to DREG through resistor R48	Set to 1 during startup
Installed	Connected to GND	Set to 0 during startup

启动后，将HWEN引脚连接到地不会将EN2位状态更改为0，但可以使用评估套件GUI软件更改每个通道的EN2位状态。

分组热插拔通道

根据启动时MODE输入引脚的状态，MAX5961 IC可以作为四个独立的热插拔控制器、两对控制器或四个控制器作为一个整体运行。评估套件电路提供跳线JU5来配置MODE引脚：	SHUNT POSITION	MODE PIN	GROUPING FUNCTION
1 - 2	Connected to DREG through resistor R40	Paired—Channel 1 and Channel 3 operate together. Channel 2 and Channel 4 operate together.
2 - 3	Connected to GND	Independent—Each channel operates as an independent hot-swap controller.
Not installed	Not connected	Grouped—All 4 channels operate as a group.

故障保护和输出信号

PROT配置

MAX5961 IC的故障保护模式在启动时根据PROT引脚的配置进行编程。评估套件电路提供跳线JU6来配置PROT引脚：	SHUNT POSITION	PROT PIN	EV KIT FUNCTION
1 - 2	Connected to DREG through resistor R41	ALERT output asserted and respective PG_ output deasserted upon critical UV/OV fault.
2 - 3	Connected to GND	ALERT output asserted, PG_ output deasserted, and shutdown respective channel upon critical UV/OV fault.
Not installed	Not connected	ALERT output asserted upon critical UV/OV fault.

功率良好输出

MAX5961 IC的功率良好（(PG)）输出信号在输出电压在编程的欠压和过压警告限制范围内时置位。(PG) 输出信号的极性根据POL引脚的配置进行编程。评估套件电路提供跳线JU16来配置POL引脚：	SHUNT POSITION	POL PIN	PG_ OUTPUT POLARITY
Not installed	Connected to DREG through resistor R49	Active-high PG_ outputs
Installed	Connected to GND	Active-low PG_ outputs

故障输出

MAX5961 IC的 (FAULT) 输出信号在发生断路器通道关机事件时置为低电平。当检测到快速跳闸或慢速跳闸过流故障事件时，会发生断路器关机事件。相应通道的LED（D9, D10, D11, 或D12）在 (FAULT) 输出置位时亮起。

重试配置

MAX5961 IC可以在启动时根据RETRY引脚的配置编程为自动重试或锁存关闭模式。评估套件电路提供跳线JU12来配置RETRY引脚：	SHUNT POSITION	RETRY PIN	MAX5961 RETRY SETTING
Not installed	Connected to DREG through resistor R50	Autoretry operation
Installed	Connected to GND	Latch-off operation

电流限制

评估套件电路通过监测电流感测电阻R16、R17、R18和R19（5mΩ）上的电压，限制四个热插拔通道（VS1, VS2, VS3, 和VS4）的负载电流。当负载电流小于编程的慢速跳闸和快速跳闸电流限制时，相应通道的GATE_输出保持高电平，以完全增强相关的功率MOSFET（N1, N2, N3, 和N4）。当负载电流输出（VO1, VO2, VO3, 或VO4）超过慢速跳闸或快速跳闸电流限制时，MOSFET将关闭。

启动时，ILIM_引脚设置确定最大电流感测范围。默认情况下，快速跳闸电流限制设置为电流感测范围的75%，快速跳闸与慢速跳闸电流限制比设置为200%。评估套件电路提供跳线JU1、JU2、JU3和JU4来分别配置通道1、2、3和4的ILIM引脚： | SHUNT POSITION | ILIM PIN | MAXIMUM CURRENT-SENSE RANGE (mV) | MAX