電源開關器件講解(2)

引言：理想二極管和ORing控制器通過監測外部FET提供反極性保護，顯著降低功率損耗，并阻斷反向電流，每當發生瞬態事件時，控制器就會監控和調整外部FET，以防止損壞上游組件。

智能高側開關可用于板外負載保護，額外的遠程診斷技術監測輸出負載電流，并檢測短路和拋負載事件。智能高側開關具有可調的電流限值，更可靠地集成到具有大涌入電流啟動曲線或低峰值電流的應用中。在設計中添加一個智能高側開關，將為驅動容性、感性和LED負載提供一個更智能、更強大的保護方案。

低側開關將負載連接到地，而不是在電源和負載之間提供連接，通過包括集成續流二極管，低側開關通過在環形回路中耗散電流來幫助消除電感負載的瞬態沖擊，這使它們能夠驅動電磁閥、繼電器和電機等感性負載。

1.熱插拔

如圖3-1熱插拔控制器驅動一個外部MOSFET，以保護系統免受熱插拔操作的影響。熱插拔控制器不像eFuses那樣集成MOSFET，外部MOSFET允許熱插拔控制器在比eFuse器件更高的電壓和電流下運行?？刂破鞅O控外部FET的柵極電壓，并根據情況調整電壓，當設備插入帶電電源系統時，控制器測量Rsense上的浪涌電流，如果該值超過了可編程的電流限制值，則柵極電壓會降低并限制通過的電流。如果MOSFET兩端耗散的功率超過可編程功率限制，則降低柵極電流以減少流過Rsense的電流。當輸入電壓不在設定的閾值內時，過電壓和欠壓引腳也會夾箝位電壓。

圖3-1：熱插拔控制器簡圖

為了確保外部MOSFET保持在安全操作區域SOA內，熱插拔控制器在更高的VDS電壓下調節電流限制。該器件還包括可監測操作條件的各種遙測技術。當Vout達到標準時，PG信號就會打開，一些熱插拔控制器包含PMBus監控，允許對設備狀態進行實時反饋。

由于熱插拔控制器通過控制外部Rsense和MOSFET進行操作，因此它們不包含固有電流限制，外部組件允許自定義保護方案的大小和功率需求，以適合其應用。

特性功能：PMBus和I2C通信，效率和精度之間的平衡，更高電壓的應用，外部FET溫度和故障感應，SOA保護，電流限制，支持負電壓，軟啟動，支持ORing，嚴重電流事件的斷路器功能、可編程故障定時器、PG輸出。

2.理想二極管&ORing控制器

如圖3-2理想二極管控制器控制外部FET，與常規二極管類似，可以在發生反向電壓事件時阻斷反向電流。當發生反向電壓時，控制器就會關閉MOSFET，并使用體二極管來防止任何瞬態沖擊損壞上游器件，控制器還可以通過使用相同的方法防止輸入Vin處的接地短路。

圖3-2：理想二極管控制器簡圖

理想二極管控制器還可以防反接，通常是電池連接錯誤或電源接線錯誤。如果不小心接錯Vin的極性，從控制器到GND的一個額外的二極管可以避免損壞IC或電源?？刂破鬟€顯著降低了二極管兩端的功耗，通過驅動外部FET而不是二極管，在二極管保護方案中的電壓降可以被最小化。

理想二極管也可以作為ORing控制器，基本電源冗余結構包含連接到單個負載的兩個或多個電源。ORing解決方案允許系統在電源發生故障時在電源之間切換，甚至可以并聯電源，允許不間斷供電，并節省冗余電源成本。

特性功能：快速關斷，電壓感應，低IQ，高效率，低側ORing控制器，FET診斷，反向電流保護，集成FET。

3.智能高側開關

如圖3-3智能高側開關可以可靠地驅動板外負載，這些開關包含高度可調和可選擇的電流限值，使系統能夠針對特定負載進行優化設計。通過連接外部電阻來設置電流限制閾值，該開關可以保護負載和電源在GND短路或通電條件下免受過應力的影響。通過最小化瞬態電流和電源跌落來實現更可靠的設計，當達到閾值時，激活控制閉環激活將輸出電流箝位到設定值，然后在CS引腳上報告故障。

圖3-3：智能高側開關簡圖

這些開關還提供高精度的電流感測，為系統提供實時診斷。電流鏡從Vin讀取電流，將其映射到電流檢測CS引腳上的電壓。CS引腳無需校準，可作為診斷報告引腳。當發生負載開路或短路時，CS引腳上的電壓降至0V。開路負載或短路，CS引腳上的電壓都會降至0V。無論何時發生電流限制、熱事件或斷開狀態下的負載開路或短路，電壓都會被拉高至其最大閾值。高精度電流監測和可調電流限制是工業應用的理想選擇，如FPGA，電機閥，伺服驅動器和控制單元。

智能高側開關的另一個功能是負載突降（拋負載）兼容性，它允許這些設備直接連接到12V電池，而不需要擔心典型的電壓和電流瞬態沖擊，額外的保護包括減輕可能損害下游器件的大涌入電流事件。智能高側開關可以集成到許多需要低導通電阻和高電壓公差的汽車應用中，以應對電壓尖峰和浪涌電流事件，其中一些應用包括前后照明、座椅加熱、信息娛樂、動力傳動系統和ADAS。

特性功能：可編程高精度電流限制提高了設計靈活性，低Ron，小封裝，溫度感應，低待機電流，高精度電流感測，熱關斷，支持多通道，快速硬件中斷，具有優化轉換速率的感性負載負箝位，全局故障報告，支持具有數字輸出狀態的全診斷。

4.低側開關

如圖3-4與其他電源開關拓撲不同，低側開關用于連接和斷開負載的接地，這種配置允許低側開關驅動感性負載，內部續流二極管可以防止感性瞬態沖擊損壞電路和元件。每當開關斷開時，感性瞬態沖擊通過續流二極管，并在整個負載中消散，這使這些器件成為電機、螺線管和繼電器的理想選擇。

圖3-4：低側開關方框圖

低側開關包括兩種設計：達林頓對陣列和低側MOSFET設計。由于集成BJT的額定電壓更高，達靈頓對設計可以支持更高的電壓應用，而MOSFET設計具有更低的導通電阻和更低的泄漏電流。大多數低側開關包含7個通道，這些通道可以并聯以支持更高的電流使用。

特性功能：達靈頓對BJT支持更高的電壓，支持多通道，低側MOSFET具有更低電阻和漏電流，效率更優。