双向过压过流保护器件NCP370的原理及应用_NCP370的特点功能

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1．1 NCP370的主要特点 NCP370是一种双向保护器件，通过该器件所提供的“反向”模式，可对便携设备电池的反向电流进行稳流，并可为连接在便携设备底部连接器上的FM收发器、音频或闪光等外部设备进行供电。因此，NCP370可为手机、数码相机、MP3／4、个人数字助理(PDA)和GPS系统提供正向及负向(+／-)过压保护(OVP)，并为调频(FM)收发器、负载扬声器／蜂鸣器和闪光模块等便携附件提供过流保护(OCP)。 NCP370过压过流保护器的主要特性如下： ◇具有高达+28 V的过压保护功能和低至-28 V的欠压保护功能； ◇带有反向充电控制引脚／REV和正向充电控制引脚／DIR； ◇具有过流保护和热关断功能； ◇内含低RDS(on)N沟道MOS晶体管，RDS(on)典型值为130 mΩ； ◇具有过压锁定(OVLO)和欠压锁定(OV-LO)功能； ◇具有软启动功能； ◇带有报警输出引脚／FLAG； ◇符合IEC61000-4-2(4级)标准，普通绝缘电压为8 kV，空气绝缘电压为15 kV； ◇采用3×3 mm的TLLGA-12无铅封装，符合RoHS无铅封装要求。1．2 NCP370的引脚功能 NCP370采用3 mm×3 mm×0．55 mm LLGA-12无铅封装，图1所示是其引脚排列图，各引脚的功能如下： IN：电源输入引脚，应与公共电源进行硬线连接，并应使用1 μF或更大的低ESR陶瓷电容与GND相连，以进行电源滤波； GND：接地端； RES：预留输入端，不用时可与GND相连； Ilim：限流输出端，采用电池为外设供电时，NCP370内部会生成一个带隙电压基准，并以该基准来进行限流，然后通过内部N-MOSFET来达到限流的目的。若在该引脚连接一个容差为1％的电容，则其过流门限的精度最高； REV：反向充电控制输入端，需与DIR引脚配合使用。当电池接OUT端时，NCP370内部的N沟道MOS管开启，器件进入反向模式，此时，器件内部的过流保护电路工作。而当NCP370的反向模式失效时，进入OUT端的电流将大幅降低，以避免电池放电。 DIR：正向模式输入端，需与REV结合起来使用。当墙上适配器AC-DC连接到IN端时，NCP370内部的N沟道MOS管开启，电路进入正向模式。而当该端和REV均为高时，NCP370进入关断模式，此时，输出将与输入断开。但DIR端的状态不会影响到FLAG的故障检测。 FLAG，故障指示输出端，NCP370也允许通过外部电路来判断故障。当出现输入电压高于OVLO阀值或低于UVLO阀值、电池到外设的充电电流超过门限、或内部温度高于关断电流门限值时，该端置低。由于FLAG端为开漏输出，故应在该端口与Vbat之间加一上拉电阻(最小10 kΩ)。 OUT：电压输出端，当检测到“无输入故障”时，该引脚会随IN端输出。而当输入电压低于欠压阀值、或高于过压阀值、或有热关断发生时，该输出端会与Vin断开。一般情况下，在反向模式，NCP370将通过OUT端来供电。 NC：悬空端； PAD1：该引脚通常用于给内部MOSFET散热，使用时应将它焊接到独立的PCB区域，且不能有任何潜在的接触。【内容导航】 第1页：NCP370的特点功能第2页：工作原理第3页：结束语NCP370提供有两种工作模式：正向模式和反向模式，两种工作模式可通过器件的逻辑引脚来进行设置。第一种是指用墙上适配器为系统提供电源的工作模式。在这种模式下，NCP370的正向保护电压和反向保护电压分别可达+28 V和-28 V。而且当系统输入电压超过过压阀值(OV-LO)或低于欠压阀值(UVLO)时，墙上适配器(或AC／DC充电器)会自动断开。通常在NCP370上电期间，如Vin超过欠压阀值，Vout会再延迟30ms。 第二种为反向模式，即由系统电池或升压器给外部设备提供电源的充电模式。在这种模式下，外设必须接到NCP370的输入端(系统底部连接器)，而电池则应与其输出端相连。同时，NCP370内部的过流保护电路也会被激活，这样可以防止外设故障和电池放电。另外，NCP370还带有一个反向故障指示输出端(FLAG)，该端口可在故障发生时，用于向系统报警。若在其输入端旁路一个1μF或更大的电容，NCP370还可以进行ESD保护(15 kV的空气放电)。 在NCP370上电期间，若DIR为低，且REV为高，同时输入电压高于UVLO，那么，其输出电压仍然会持续30 ms的时间。而当输出信号升高后，FLAG信号也会持续30 ms。 将外设连到IN端，NCP370便可进入反向模式。此时，外设内部的电池可由NCP370的OUT端来供电。在反向模式下，NCP370的REV端必须置低，这样，当外设发生过压、欠压或过流等故障时，NCP370内部的过压、欠压或过流保护电路才会起作用，同时其FLAG也才会向系统发出报警信号。图2所示是NCP370的内部功能框图。2．1 欠压锁定电路(UVLO) NCP370M芯片内部集成有欠压锁定电路，该电路可以确保在任何条件下使AC／DC (或墙上充电适配器)正常开启。在Vin正向上升期间，如果电压低于UVLO阀值，NCP370的输出与输入为断开状态，且FLAG输出置低。应当注意的是：该欠压锁定电路具有60 mV的滞后，可用以提高瞬变干扰。当NCP370工作在反向模式时(REV=1．2 V)，其内部的UVLO和OVLO比较器均不工作。2．2 过压锁定电路 NCP370内部的过压锁定电路，可用以防止Vout端系统的过压损坏。一旦NCP370的输入电压高于OVLO阀值，其输出就会失效，且FLAG会输出低电平。该过压锁定电路也有80 mV的滞后，可提高电压瞬变时的抗扰性。另外，NCP370的OVLO阀值还可以手工设置。2．3 系统电压锁定 当DIR为低，同时REF也为低时，通过墙上适配器(输入)可为系统(输出)供电，此时，NCP370内部的第二个过压比较器将起作用，但此时其RDS(on)会高些，电流接近10mA。事实上，在测试产品期间(25℃条件下)，其输入电压可以高些(OVLO的典型值为8．27 V)。2．4 故障报警输出 NCP370内含一个FLAG报警提示引脚。一旦NCP370检测到输入电压高于OVLO阀值、低于U-VLO阀值或过流、过压等故障，FLAG端就会置低，并通知微控制器采取适当的措施。而当输入电压恢复到正常范围时，FIAG又会在经过一个延迟后置高，随后使Vout恢复输出，其工作时序如图3所示。 由于FLAG是开漏输出，因此，在电源端必须接一个上拉电阻(最小10 kΩ)。当NCP370的温度过高时，其FLAG会置低，并将输出与输入断开。通过FLAG引脚可以随时反映Vin状态，即使在设备关闭(DIR=0)情况下，也不例外。这样，在反向模式下，微控制器也可以根据其FLAG引脚的状态变化来正确处理过压、过流及热关断等故障。2．5 DIR输入 将NCP370的DIR端强制拉低，并将DEV端拉高，NCP370即可进入正向充电状态。而将DIR端置高时，OUT端会与IN端断开，具体的充电状态设置如表1所列。另外，DIR也会受到OVLO或U-VLO故障的影响(FLAG有效)。 3 典型应用 NCP370具有保护电压下降的功能，通过该功能可使电路免受IN端反向电压的影响。当出现反向电压时，NCP370的输出将与输入端断开。 图4所示是NCP370的典型应用电路。 将NCP370的DIR端强制置高(>1．2 V)，且将DEV端置低( NCP370是安森美半导体公司针对便携式应用系统产品最新推出的重要器件，该器件可为手机、数码相机、MP3／4、个人数字助理(PDA)和GPS系统提供28 V的正向及负向过压和过流保护(OVP)。此外，NCP370还提供有“反向”模式，可实现便携式设备电池中反向电流的稳流，故可广泛用于便携式设备底部连接器上FM收发器以及音频和闪光等功能附件电路的供电。上一页12【内容导航】 第1页：NCP370的特点功能第2页：工作原理第3页：结束语