自動(dòng)限流調節保護功率開(kāi)關(guān)

某些負載在啟動(dòng)期間比工作時(shí)需要更大的電流;有些負載則可在啟動(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。本文介紹的應用電路在完成啟動(dòng)后可以自動(dòng)調高或調低功率電路的過(guò)流保護水平。

　　在電源和其負載之間安裝開(kāi)關(guān)和保險絲，可以控制和保護電源。改進(jìn)方法是通過(guò)將簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)和保險絲集成在單個(gè)封裝內實(shí)現相同的功能，且無(wú)需更換器件和維 護。本文介紹的MAX5976熱插拔電源解決方案在內部集成了功率MOSFET和驅動(dòng)電路，能夠提供通斷控制以及保護。期望的過(guò)流保護等級由一個(gè)外部的接 地電阻設置。

　　雖然具體的功能細節和特性有所不同，但大多數集成負載開(kāi)關(guān)采用了相同的工作原理。在啟動(dòng)期間，負載開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)器電路將打開(kāi)MOSFET，并監測負載電 流和MOSFET開(kāi)關(guān)的溫度。如果啟動(dòng)電流在MOSFET完全導通之前達到了設置的過(guò)流門(mén)限，驅動(dòng)電路將快速地降低柵極驅動(dòng)，以便負載開(kāi)關(guān)器件像恒流源一 樣工作。這種工作模式可以持續一段有限的時(shí)間。如果輸出電壓在該時(shí)間限制結束時(shí)沒(méi)有上升到接近輸入電壓的數值，負載開(kāi)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定電壓，則將觸發(fā)電源就緒指示輸出。

　　如果負載電流在啟動(dòng)之后的任何時(shí)間超出了所設置的過(guò)流門(mén)限，負載開(kāi)關(guān)將作為電子斷路器關(guān)斷內部功率開(kāi)關(guān)。這將保護上游電源不被輸出過(guò)載或短路故障損壞。

　　啟動(dòng)后更改過(guò)流閾值

　　有些負載設備啟動(dòng)時(shí)的電流大于工作狀態(tài)下的電流。例如，當負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，帶有電機的設備(例如磁盤(pán)驅動(dòng)器)在啟動(dòng)時(shí)需要較大的旋轉電流，而一旦達到速度的最大值，電機消耗的電流會(huì )降低許多。

　　為了在這些情況下提供最佳的保護，最好把過(guò)流保護閾值設置在接近較低的工作電流。不過(guò)，這將導致在啟動(dòng)過(guò)程中，當負載開(kāi)關(guān)(例如MAX5976)箝制電流而出現電流匱乏的情況，這樣將無(wú)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。

　　為解決這一問(wèn)題，可以采用簡(jiǎn)單的反相方法：?jiǎn)?dòng)之后，在負載開(kāi)關(guān)的電源就緒開(kāi)漏輸出(PG)端并聯(lián)一個(gè)二級限流配置電阻。該設計(圖1)降低了啟動(dòng)之 后負載可獲得的電流。在啟動(dòng)期間，當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;當輸出升高到規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(guò)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(guò)流門(mén)限。

　　電路工作過(guò)程如圖2所示，此時(shí)MAX5976啟動(dòng)負載為330μF、8.9Ω。最初，MAX5976將浪涌電流箝制在3A，由RCB1=17.4kΩ 決定。達到VOUT后，負載電阻的電流為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(mén)限 降至1.25A。MAX5976斷路器比較器可容許額外的4.8ms過(guò)流，然后關(guān)斷(對于更大的過(guò)載電流，將更快速地觸發(fā)斷路器關(guān)斷)。

　　也可利用其他信號將電阻切入或切出CB(限流閾值設置)電路。這種靈活性使各種電源管理成為可能。例如，可以利用上電復位(POR)管理器件將啟動(dòng)定時(shí)擴展至正好超過(guò)默認的PG延遲。如果要容許磁盤(pán)驅動(dòng)器電機旋轉到運行速度，就可能需要這樣的功能。

　對于高度可配置的過(guò)流保護電路，可組合使用集成負載開(kāi)關(guān)和數字電位器(例如MAX5434)。這種配置允許微控制器(或生產(chǎn)夾具)根據需要設置過(guò)流限值，而無(wú)需更改物理器件。圖2所示為此類(lèi)應用電路。

　　圖2：MAX5976與非易失數字電位器MAX5434組合使用，實(shí)現可編程過(guò)流限值。

　　在熱約束非常關(guān)鍵的應用中，可利用負溫度系數(NTC)熱敏電阻設置電流限值。NTC熱敏電阻提供一個(gè)保護門(mén)限，在負載開(kāi)始過(guò)熱時(shí)自動(dòng)降低，從而防止潛在的故障發(fā)展到不可恢復的程度。

　　本文小結

　　由于MAX5976及類(lèi)似器件采用單電阻設置軟啟動(dòng)和過(guò)流保護水平，因此對基本應用電路進(jìn)行簡(jiǎn)單改動(dòng)，就可以適應啟動(dòng)和運行電流要求變化非常寬的復雜負載。我們能夠很容易地將集成負載開(kāi)關(guān)的高集成度和性能與復雜的狀態(tài)依賴(lài)型過(guò)流保護相結合。

　　圖2：圖1所示電路啟動(dòng)330μF、8.9Ω 負載，RCB1=17.4kΩ，RCB2=12.1kΩ。

　　相反，有些負載必須緩慢啟動(dòng)，以免負載開(kāi)關(guān)的內部MOSFET功耗過(guò)大，同時(shí)輸出電壓呈斜坡上升。那么，如果完全增強MOSFET，則可在沒(méi)有過(guò)大損 耗的情況下提供更大的電流。在這種情況下，可簡(jiǎn)單地利用MAX5976的PG輸出本身來(lái)控制并聯(lián)配置電阻(圖3)。完成啟動(dòng)后，PG輸出變?yōu)楦咦?，此時(shí)斷 開(kāi)并聯(lián)電阻，并增大可提供給負載的電流。

　　圖3：用于增大啟動(dòng)后過(guò)流限值的開(kāi)漏PG輸出。