自動(dòng)限流調(diào)節(jié)保護(hù)功率開關(guān)

　　某些負(fù)載在啟動(dòng)期間比工作時(shí)需要更大的電流;有些負(fù)載則可在啟動(dòng)期間將電流限制到較低的功率水平，但在工作期間需要較大的電流。本文介紹的應(yīng)用電路在完成啟動(dòng)后可以自動(dòng)調(diào)高或調(diào)低功率電路的過流保護(hù)水平。

　　在電源和其負(fù)載之間安裝開關(guān)和保險(xiǎn)絲，可以控制和保護(hù)電源。改進(jìn)方法是通過將簡單的開關(guān)和保險(xiǎn)絲集成在單個(gè)封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)相同的功能，且無需更換器件和維護(hù)。本文介紹的MAX5976熱插拔電源解決方案在內(nèi)部集成了功率MOSFET和驅(qū)動(dòng)電路，能夠提供通斷控制以及保護(hù)。期望的過流保護(hù)等級(jí)由一個(gè)外部的接地電阻設(shè)置。

　　雖然具體的功能細(xì)節(jié)和特性有所不同，但大多數(shù)集成負(fù)載開關(guān)采用了相同的工作原理。在啟動(dòng)期間，負(fù)載開關(guān)的驅(qū)動(dòng)器電路將打開MOSFET，并監(jiān)測(cè)負(fù)載電流和MOSFET開關(guān)的溫度。如果啟動(dòng)電流在MOSFET完全導(dǎo)通之前達(dá)到了設(shè)置的過流門限，驅(qū)動(dòng)電路將快速地降低柵極驅(qū)動(dòng)，以便負(fù)載開關(guān)器件像恒流源一樣工作。這種工作模式可以持續(xù)一段有限的時(shí)間。如果輸出電壓在該時(shí)間限制結(jié)束時(shí)沒有上升到接近輸入電壓的數(shù)值，負(fù)載開關(guān)將會(huì)關(guān)斷，并觸發(fā)故障狀態(tài)輸出以指示啟動(dòng)失敗。如果輸出在啟動(dòng)定時(shí)超時(shí)之前順利地上升到規(guī)定電壓，則將觸發(fā)電源就緒指示輸出。

　　如果負(fù)載電流在啟動(dòng)之后的任何時(shí)間超出了所設(shè)置的過流門限，負(fù)載開關(guān)將作為電子斷路器關(guān)斷內(nèi)部功率開關(guān)。這將保護(hù)上游電源不被輸出過載或短路故障損壞。

　　啟動(dòng)后更改過流閾值

　　有些負(fù)載設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的電流大于工作狀態(tài)下的電流。例如，當(dāng)負(fù)載帶有較大的輸入旁路電容時(shí)可能需要較大的充電電流，而在上電之后將消耗很小的工作電流。同樣，帶有電機(jī)的設(shè)備(例如磁盤驅(qū)動(dòng)器)在啟動(dòng)時(shí)需要較大的旋轉(zhuǎn)電流，而一旦達(dá)到速度的最大值，電機(jī)消耗的電流會(huì)降低許多。

　　為了在這些情況下提供最佳的保護(hù)，最好把過流保護(hù)閾值設(shè)置在接近較低的工作電流。不過，這將導(dǎo)致在啟動(dòng)過程中，當(dāng)負(fù)載開關(guān)(例如MAX5976)箝制電流而出現(xiàn)電流匱乏的情況，這樣將無法支持輸出電壓的上升。實(shí)際上，在這種情況下輸出電壓可以進(jìn)入折返式保護(hù)。

　　為解決這一問題，可以采用簡單的反相方法：啟動(dòng)之后，在負(fù)載開關(guān)的電源就緒開漏輸出(PG)端并聯(lián)一個(gè)二級(jí)限流配置電阻。該設(shè)計(jì)(圖1)降低了啟動(dòng)之后負(fù)載可獲得的電流。在啟動(dòng)期間，當(dāng)輸出電壓低于輸入時(shí)，PG輸出為低電平，電流限值由RCB1決定;當(dāng)輸出升高到規(guī)定值且電源就緒狀態(tài)延遲16ms后，PG輸出進(jìn)入高阻態(tài)。這使得Q1的柵極得以升高，將第二個(gè)電阻RCB2與RCB1并聯(lián)，從而降低過流閾值。

　　圖1：PG輸出控制外部晶體管，以降低啟動(dòng)之后的過流門限。

　　電路工作過程如圖2所示，此時(shí)MAX5976啟動(dòng)負(fù)載為330μF、8.9Ω。最初，MAX5976將浪涌電流箝制在3A，由RCB1=17.4kΩ決定。達(dá)到VOUT后，負(fù)載電阻的電流為1.3A。PG輸出在VOUT升高16ms后變?yōu)楦唠娖?，將RCB2=12.1kΩ并聯(lián)到RCB1，使斷路器門限降至1.25A。MAX5976斷路器比較器可容許額外的4.8ms過流，然后關(guān)斷(對(duì)于更大的過載電流，將更快速地觸發(fā)斷路器關(guān)斷)。

　　也可利用其他信號(hào)將電阻切入或切出CB(限流閾值設(shè)置)電路。這種靈活性使各種電源管理成為可能。例如，可以利用上電復(fù)位(POR)管理器件將啟動(dòng)定時(shí)擴(kuò)展至正好超過默認(rèn)的PG延遲。如果要容許磁盤驅(qū)動(dòng)器電機(jī)旋轉(zhuǎn)到運(yùn)行速度，就可能需要這樣的功能。