通過自動限流調(diào)節(jié)保護您的集成式FET功率開關(guān)

某些類型的負載在啟動期間需要比運行時更大的電流。其他負載在啟動期間可以限制為較低功率的電流，但需要更高的工作電流。本文介紹一種應(yīng)用電路，該電路可在啟動完成后自動調(diào)高或調(diào)低電源電路的過流保護電平。

介紹

在電源及其負載之間放置開關(guān)和保險絲可以控制和保護電源。對簡單開關(guān)和保險絲的改進是集成電路，它在單個封裝中實現(xiàn)相同的功能，無需移動部件，也無需維修。本文將展示MAX5976熱插拔電源方案中的內(nèi)部功率MOSFET和驅(qū)動器電路如何提供開關(guān)控制和保護。所需的過流保護水平由單個接地外部電阻器設(shè)置。

雖然具體的功能細節(jié)和特性各不相同，但大多數(shù)集成負載開關(guān)使用一套基本的工作原理。在啟動期間，負載開關(guān)中的驅(qū)動器電路打開其MOSFET，同時監(jiān)視負載電流和MOSFET開關(guān)的溫度。如果在MOSFET完全導(dǎo)通之前啟動電流達到編程的過流限值，則驅(qū)動器電路會短暫降低柵極驅(qū)動，使負載開關(guān)器件像恒流源一樣工作。此操作模式可以在有限的時間內(nèi)繼續(xù)。如果在此間隔結(jié)束時輸出未接近輸入電壓，負載開關(guān)將關(guān)斷并置位故障狀態(tài)輸出以指示啟動失敗。如果輸出在啟動定時器結(jié)束之前成功上升，則置位電源就緒狀態(tài)輸出。

如果負載電流在啟動后的任何時間上升到編程的過流限值以上，負載開關(guān)將充當(dāng)電子斷路器并關(guān)閉內(nèi)部電源開關(guān)。這可以保護上游電源免受輸出過載或短路情況的影響。

啟動后更改過流閾值

某些負載設(shè)備在啟動期間需要比運行時更大的電流。例如，具有大輸入旁路電容的負載可能需要較大的充電電流，但上電后消耗的工作電流非常小。同樣，帶有電機的設(shè)備（例如磁盤驅(qū)動器）可能需要較大的旋轉(zhuǎn)電流，但一旦達到速度，電機的消耗可能會少得多。

為了在這些情況下提供最佳保護，最好將過流保護閾值設(shè)置為接近較低的運行電流。然而，當(dāng)負載開關(guān)（如MAX5976）箝位電流且輸出電壓無法上升時，這可能導(dǎo)致啟動期間出現(xiàn)缺流情況。事實上，在這種情況下，輸出電壓甚至可能折返。

為了解決這個問題，一種簡單的反相方案采用負載開關(guān)的漏極開路電源就緒輸出（PG），在啟動后并聯(lián)第二個限流配置電阻。這種設(shè)計（圖1）降低了啟動完成后負載的可用電流。在啟動期間，當(dāng)輸出電壓低于輸入時，PG輸出拉低，電流限制由R設(shè)定CB1.輸出上升且16ms電源就緒延遲過后，PG輸出變?yōu)楦咦杩埂＿@允許Q1的柵極上升，連接第二個電阻R。CB2，與 R 并行CB1并降低過流閾值。

圖1.PG 輸出控制一個外部晶體管，以降低啟動后的過流限制。

該電路的工作原理如圖2所示，MAX5976啟動至330μF、8.9Ω負載。最初，MAX5976將浪涌電流箝位至3A，由RCB1= 17.4kΩ。V之后外上來時，通過負載電阻的電流為1.3A。PG 輸出在 V 后 16ms 變?yōu)楦唠娖酵馍仙?，從而連接 RCB2= 12.1kΩ 與 R 并聯(lián)CB1并將斷路器限值降低到 1.25A。MAX5976斷路器比較器可再容忍這種輕微過流情況4.8ms，然后關(guān)斷。（如果過載較大，斷路器比較器跳閘速度更快。

圖2.圖1所示電路啟動至330μF、8.9Ω負載，R時為RCB1= 17.4kΩ 和 RCB2= 12.1kΩ。

相反，某些負載必須緩慢啟動，以避免在輸出電壓斜坡上升時負載開關(guān)的內(nèi)部MOSFET中功耗過大。然后，一旦MOSFET完全增強，就可以提供更高的電流而不會產(chǎn)生過多的損耗。在這種情況下，只需使用MAX5976的PG輸出本身來控制并聯(lián)配置電阻（圖3）。啟動完成后，PG輸出變?yōu)楦咦杩?，斷開并聯(lián)電阻并增加負載可用電流。

圖3.漏極開路PG輸出，用于在啟動后增加過流限制。

擴展概念

其他信號也可用于將電阻開關(guān)輸入或切換出CB電路。這種靈活性為電源管理創(chuàng)造了廣泛的可能性。例如，可以使用監(jiān)控上電復(fù)位（POR）器件將啟動時序延長至遠遠超過默認PG延遲?？赡苄枰斯δ懿拍苋萑檀疟P驅(qū)動器電機旋轉(zhuǎn)到運行速度。

如需高度可配置的過流保護電路，可將集成負載開關(guān)與數(shù)字電位器（如MAX5434）結(jié)合使用。這種配置允許微控制器（或制造夾具）根據(jù)需要對過流限制進行編程，而無需更改物理組件。圖4所示為該應(yīng)用電路。

圖4.MAX5976與非易失數(shù)字電位器MAX5434相結(jié)合，用于可編程過流限制。

在熱約束至關(guān)重要的應(yīng)用中，可以使用負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻來設(shè)置電流限值。NTC熱敏電阻提供了一個保護閾值，當(dāng)負載開始過熱時，該閾值會自動降低，從而防止早期故障惡化到無法恢復(fù)的程度。

結(jié)論

由于MAX5976和類似器件使用單個電阻來設(shè)置軟啟動和過流保護電平，因此對基本應(yīng)用電路的簡單更改可以適應(yīng)具有廣泛變化的啟動和運行電流要求的復(fù)雜負載。很容易將集成負載開關(guān)的高集成度和性能與復(fù)雜的狀態(tài)相關(guān)過流保護相結(jié)合。

審核編輯：郭婷