雙向過(guò)壓過(guò)流保護器件NCP370 的原理及應用

2 工作原理
NCP370提供有兩種工作模式：正向模式和反向模式，兩種工作模式可通過(guò)器件的邏輯引腳來(lái)進(jìn)行設置。第一種是指用墻上適配器為系統提供電源的工作模式。在這種模式下，NCP370的正向保護電壓和反向保護電壓分別可達+28 V和-28 V。而且當系統輸入電壓超過(guò)過(guò)壓閥值(OV-LO)或低于欠壓閥值(UVLO)時(shí)，墻上適配器(或AC／DC充電器)會(huì )自動(dòng)斷開(kāi)。通常在NCP370上電期間，如Vin超過(guò)欠壓閥值，Vout會(huì )再延遲30ms。
第二種為反向模式，即由系統電池或升壓器給外部設備提供電源的充電模式。在這種模式下，外設必須接到NCP370的輸入端(系統底部連接器)，而電池則應與其輸出端相連。同時(shí)，NCP370內部的過(guò)流保護電路也會(huì )被激活，這樣可以防止外設故障和電池放電。另外，NCP370還帶有一個(gè)反向故障指示輸出端(FLAG)，該端口可在故障發(fā)生時(shí)，用于向系統報警。若在其輸入端旁路一個(gè)1μF或更大的電容，NCP370還可以進(jìn)行ESD保護(15 kV的空氣放電)。
在NCP370上電期間，若DIR為低，且REV為高，同時(shí)輸入電壓高于UVLO，那么，其輸出電壓仍然會(huì )持續30 ms的時(shí)間。而當輸出信號升高后，FLAG信號也會(huì )持續30 ms。
將外設連到IN端，NCP370便可進(jìn)入反向模式。此時(shí)，外設內部的電池可由NCP370的OUT端來(lái)供電。在反向模式下，NCP370的REV端必須置低，這樣，當外設發(fā)生過(guò)壓、欠壓或過(guò)流等故障時(shí)，NCP370內部的過(guò)壓、欠壓或過(guò)流保護電路才會(huì )起作用，同時(shí)其FLAG也才會(huì )向系統發(fā)出報警信號。圖2所示是NCP370的內部功能框圖。

2．1 欠壓鎖定電路(UVLO)
NCP370M芯片內部集成有欠壓鎖定電路，該電路可以確保在任何條件下使AC／DC (或墻上充電適配器)正常開(kāi)啟。在Vin正向上升期間，如果電壓低于UVLO閥值，NCP370的輸出與輸入為斷開(kāi)狀態(tài)，且FLAG輸出置低。應當注意的是：該欠壓鎖定電路具有60 mV的滯后，可用以提高瞬變干擾。當NCP370工作在反向模式時(shí)(REV=0．55 V，DIR>=1．2 V)，其內部的UVLO和OVLO比較器均不工作。
2．2 過(guò)壓鎖定電路
NCP370內部的過(guò)壓鎖定電路，可用以防止Vout端系統的過(guò)壓損壞。一旦NCP370的輸入電壓高于OVLO閥值，其輸出就會(huì )失效，且FLAG會(huì )輸出低電平。該過(guò)壓鎖定電路也有80 mV的滯后，可提高電壓瞬變時(shí)的抗擾性。另外，NCP370的OVLO閥值還可以手工設置。
2．3 系統電壓鎖定
當DIR為低，同時(shí)REF也為低時(shí)，通過(guò)墻上適配器(輸入)可為系統(輸出)供電，此時(shí)，NCP370內部的第二個(gè)過(guò)壓比較器將起作用，但此時(shí)其RDS(on)會(huì )高些，電流接近10mA。事實(shí)上，在測試產(chǎn)品期間(25℃條件下)，其輸入電壓可以高些(OVLO的典型值為8．27 V)。
2．4 故障報警輸出
NCP370內含一個(gè)FLAG報警提示引腳。一旦NCP370檢測到輸入電壓高于OVLO閥值、低于U-VLO閥值或過(guò)流、過(guò)壓等故障，FLAG端就會(huì )置低，并通知微控制器采取適當的措施。而當輸入電壓恢復到正常范圍時(shí)，FIAG又會(huì )在經(jīng)過(guò)一個(gè)延遲后置高，隨后使Vout恢復輸出，其工作時(shí)序如圖3所示。

由于FLAG是開(kāi)漏輸出，因此，在電源端必須接一個(gè)上拉電阻(最小10 kΩ)。當NCP370的溫度過(guò)高時(shí)，其FLAG會(huì )置低，并將輸出與輸入斷開(kāi)。通過(guò)FLAG引腳可以隨時(shí)反映Vin狀態(tài)，即使在設備關(guān)閉(DIR=0)情況下，也不例外。這樣，在反向模式下，微控制器也可以根據其FLAG引腳的狀態(tài)變化來(lái)正確處理過(guò)壓、過(guò)流及熱關(guān)斷等故障。