自動限流調節保護功率開關

某些負載在啟動期間比工作時需要更大的電流;有些負載則可在啟動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后可以自動調高或調低功率電路的過流保護水平。

　　在電源和其負載之間安裝開關和保險絲，可以控制和保護電源。改進方法是通過將簡單的開關和保險絲集成在單個封裝內實現相同的功能，且無需更換器件和維 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和驅動電路，能夠提供通斷控制以及保護。期望的過流保護等級由一個外部的接 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關采用了相同的工作原理。在啟動期間，負載開關的驅動器電路將打開MOSFET，并監測負載電 流和MOSFET開關的溫度。如果啟動電流在MOSFET完全導通之前達到了設置的過流門限，驅動電路將快速地降低柵極驅動，以便負載開關器件像恒流源一 樣工作。這種工作模式可以持續一段有限的時間。如果輸出電壓在該時間限制結束時沒有上升到接近輸入電壓的數值，負載開關將會關斷，并觸發故障狀態輸出以指 示啟動失敗。如果輸出在啟動定時超時之前順利地上升到規定電壓，則將觸發電源就緒指示輸出。

　　如果負載電流在啟動之后的任何時間超出了所設置的過流門限，負載開關將作為電子斷路器關斷內部功率開關。這將保護上游電源不被輸出過載或短路故障損壞。

　　啟動后更改過流閾值

　　有些負載設備啟動時的電流大于工作狀態下的電流。例如，當負載帶有較大的輸入旁路電容時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(例如磁盤驅動器)在啟動時需要較大的旋轉電流，而一旦達到速度的最大值，電機消耗的電流會降低許多。

　　為了在這些情況下提供最佳的保護，最好把過流保護閾值設置在接近較低的工作電流。不過，這將導致在啟動過程中，當負載開關(例如MAX5976)箝制電流而出現電流匱乏的情況，這樣將無法支持輸出電壓的上升。實際上，在這種情況下輸出電壓可以進入折返式保護。

　　為解決這一問題，可以采用簡單的反相方法：啟動之后，在負載開關的電源就緒開漏輸出(PG)端并聯一個二級限流配置電阻。該設計(圖1)降低了啟動之 后負載可獲得的電流。在啟動期間，當輸出電壓低于輸入時，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延遲16ms 后，PG輸出進入高阻態。這使得Q1的柵極得以升高，將第二個電阻RCB2與RCB1并聯，從而降低過流閾值。

　　圖1：PG輸出控制外部晶體管，以降低啟動之后的過流門限。

　　電路工作過程如圖2所示，此時MAX5976啟動負載為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后變為高電平，將RCB2=12.1kΩ并聯到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，然后關斷(對于更大的過載電流，將更快速地觸發斷路器關斷)。

　　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)管理器件將啟動定時擴展至正好超過默認的PG延遲。如果要容許磁盤驅動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流保護電路，可組合使用集成負載開關和數字電位器(例如MAX5434)。這種配置允許微控制器(或生產夾具)根據需要設置過流限值，而無需更改物理器件。圖2所示為此類應用電路。

　　圖2：MAX5976與非易失數字電位器MAX5434組合使用，實現可編程過流限值。

　　在熱約束非常關鍵的應用中，可利用負溫度系數(NTC)熱敏電阻設置電流限值。NTC熱敏電阻提供一個保護門限，在負載開始過熱時自動降低，從而防止潛在的故障發展到不可恢復的程度。

　　本文小結

　　由于MAX5976及類似器件采用單電阻設置軟啟動和過流保護水平，因此對基本應用電路進行簡單改動，就可以適應啟動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關的高集成度和性能與復雜的狀態依賴型過流保護相結合。

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

　　相反，有些負載必須緩慢啟動，以免負載開關的內部MOSFET功耗過大，同時輸出電壓呈斜坡上升。那么，如果完全增強MOSFET，則可在沒有過大損 耗的情況下提供更大的電流。在這種情況下，可簡單地利用MAX5976的PG輸出本身來控制并聯配置電阻(圖3)。完成啟動后，PG輸出變為高阻，此時斷 開并聯電阻，并增大可提供給負載的電流。

　　圖3：用于增大啟動后過流限值的開漏PG輸出。