0 引言
NCP370是安森美半導(dǎo)體(0N Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有過壓、過流保護(hù)及反向控制功能的集成雙向保護(hù)器件,。該器件可以提供高達(dá)+28V的正向保護(hù)和低至-28 V的負(fù)向保護(hù)功能,,從而提高對便攜設(shè)備前端的保護(hù)。NCP370采用了創(chuàng)新架構(gòu),可在器件內(nèi)部為連接在底部連接器并以鋰離子電池供電的外部附件提供OCP保護(hù),,而無需使用外部OCP器件,。另外,NCP370還集成有低導(dǎo)通阻抗(Ron)的N溝道MOSFET,,可有效支持便攜設(shè)備中的鋰離子電池所要求的1.3 A的直接充電電流,,并可進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。
1 NCP370的特點(diǎn)功能
1.1 NCP370的主要特點(diǎn)
NCP370是一種雙向保護(hù)器件,,通過該器件所提供的“反向”模式,,可對便攜設(shè)備電池的反向電流進(jìn)行穩(wěn)流,并可為連接在便攜設(shè)備底部連接器上的FM收發(fā)器,、音頻或閃光等外部設(shè)備進(jìn)行供電,。因此,NCP370可為手機(jī),、數(shù)碼相機(jī)、MP3/4,、個人數(shù)字助理(PDA)和GPS系統(tǒng)提供正向及負(fù)向(+/-)過壓保護(hù)(OVP),,并為調(diào)頻(FM)收發(fā)器、負(fù)載揚(yáng)聲器/蜂鳴器和閃光模塊等便攜附件提供過流保護(hù)(OCP),。
NCP370過壓過流保護(hù)器的主要特性如下:
- 具有高達(dá)+28 V的過壓保護(hù)功能和低至-28 V的欠壓保護(hù)功能,;
- 帶有反向充電控制引腳/REV和正向充電控制引腳/DIR;
- 具有過流保護(hù)和熱關(guān)斷功能,;
- 內(nèi)含低RDS(on)N溝道MOS晶體管,,RDS(on)典型值為130 mΩ;
- 具有過壓鎖定(OVLO)和欠壓鎖定(OV-LO)功能,;
- 具有軟啟動功能,;
- 帶有報(bào)警輸出引腳/FLAG;
- 符合IEC61000-4-2(4級)標(biāo)準(zhǔn),,普通絕緣電壓為8 kV,,空氣絕緣電壓為15 kV;
- 采用3×3 mm的TLLGA-12無鉛封裝,,符合RoHS無鉛封裝要求,。
1.2 NCP370的引腳功能
NCP370采用3 mm×3 mm×0.55 mm LLGA-12無鉛封裝,圖1所示是其引腳排列圖,,各引腳的功能如下:
- IN:電源輸入引腳,,應(yīng)與公共電源進(jìn)行硬線連接,并應(yīng)使用1 μF或更大的低ESR陶瓷電容與GND相連,,以進(jìn)行電源濾波,;
- GND:接地端;
- RES:預(yù)留輸入端,不用時(shí)可與GND相連,;
- Ilim:限流輸出端,,采用電池為外設(shè)供電時(shí),NCP370內(nèi)部會生成一個帶隙電壓基準(zhǔn),,并以該基準(zhǔn)來進(jìn)行限流,,然后通過內(nèi)部N-MOSFET來達(dá)到限流的目的。若在該引腳連接一個容差為1%的電容,,則其過流門限的精度最高,;
- REV:反向充電控制輸入端,需與DIR引腳配合使用,。當(dāng)電池接OUT端時(shí),,NCP370內(nèi)部的N溝道MOS管開啟,器件進(jìn)入反向模式,,此時(shí),,器件內(nèi)部的過流保護(hù)電路工作。而當(dāng)NCP370的反向模式失效時(shí),,進(jìn)入OUT端的電流將大幅降低,,以避免電池放電。
- DIR:正向模式輸入端,,需與REV結(jié)合起來使用,。當(dāng)墻上適配器AC-DC連接到IN端時(shí),NCP370內(nèi)部的N溝道MOS管開啟,,電路進(jìn)入正向模式,。而當(dāng)該端和REV均為高時(shí),NCP370進(jìn)入關(guān)斷模式,,此時(shí),,輸出將與輸入斷開。但DIR端的狀態(tài)不會影響到FLAG的故障檢測,。
- FLAG,,故障指示輸出端,NCP370也允許通過外部電路來判斷故障,。當(dāng)出現(xiàn)輸入電壓高于OVLO閥值或低于UVLO閥值,、電池到外設(shè)的充電電流超過門限、或內(nèi)部溫度高于關(guān)斷電流門限值時(shí),,該端置低,。由于FLAG端為開漏輸出,故應(yīng)在該端口與Vbat之間加一上拉電阻(最小10 kΩ),。
- OUT:電壓輸出端,,當(dāng)檢測到“無輸入故障”時(shí),,該引腳會隨IN端輸出。而當(dāng)輸入電壓低于欠壓閥值,、或高于過壓閥值,、或有熱關(guān)斷發(fā)生時(shí),該輸出端會與Vin斷開,。一般情況下,,在反向模式,NCP370將通過OUT端來供電,。
- NC:懸空端,;
- PAD1:該引腳通常用于給內(nèi)部MOSFET散熱,使用時(shí)應(yīng)將它焊接到獨(dú)立的PCB區(qū)域,,且不能有任何潛在的接觸,。
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器件的邏輯引腳來進(jìn)行設(shè)置,。第一種是指用墻上適配器為系統(tǒng)提供電源的工作模式,。在這種模式下,NCP370的正向保護(hù)電壓和反向保護(hù)電壓分別可達(dá)+28 V和-28 V,。而且當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓超過過壓閥值(OV-LO)或低于欠壓閥值(UVLO)時(shí),,墻上適配器(或AC/DC充電器)會自動斷開。通常在NCP370上電期間,,如Vin超過欠壓閥值,Vout會再延遲30ms,。
第二種為反向模式,,即由系統(tǒng)電池或升壓器給外部設(shè)備提供電源的充電模式。在這種模式下,,外設(shè)必須接到NCP370的輸入端(系統(tǒng)底部連接器),,而電池則應(yīng)與其輸出端相連。同時(shí),,NCP370內(nèi)部的過流保護(hù)電路也會被激活,,這樣可以防止外設(shè)故障和電池放電。另外,,NCP370還帶有一個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(tǒng)報(bào)警,。若在其輸入端旁路一個1μF或更大的電容,,NCP370還可以進(jìn)行ESD保護(hù)(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,,其輸出電壓仍然會持續(xù)30 ms的時(shí)間,。而當(dāng)輸出信號升高后,F(xiàn)LAG信號也會持續(xù)30 ms,。
將外設(shè)連到IN端,,NCP370便可進(jìn)入反向模式。此時(shí),,外設(shè)內(nèi)部的電池可由NCP370的OUT端來供電,。在反向模式下,NCP370的REV端必須置低,,這樣,,當(dāng)外設(shè)發(fā)生過壓、欠壓或過流等故障時(shí),,NCP370內(nèi)部的過壓,、欠壓或過流保護(hù)電路才會起作用,同時(shí)其FLAG也才會向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號,。圖2所示是NCP370的內(nèi)部功能框圖,。
2.1 欠壓鎖定電路(UVLO)
NCP370M芯片內(nèi)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狀態(tài),,且FLAG輸出置低,。應(yīng)當(dāng)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(dāng)NCP370工作在反向模式時(shí)(REV<=0.55 V,,DIR>=1.2 V),其內(nèi)部的UVLO和OVLO比較器均不工作,。
2.2 過壓鎖定電路
NCP370內(nèi)部的過壓鎖定電路,,可用以防止Vout端系統(tǒng)的過壓損壞。一旦NCP370的輸入電壓高于OVLO閥值,,其輸出就會失效,,且FLAG會輸出低電平。該過壓鎖定電路也有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(shè)置,。
2.3 系統(tǒng)電壓鎖定
當(dāng)DIR為低,,同時(shí)REF也為低時(shí),,通過墻上適配器(輸入)可為系統(tǒng)(輸出)供電,此時(shí),,NCP370內(nèi)部的第二個過壓比較器將起作用,,但此時(shí)其RDS(on)會高些,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(bào)警輸出
NCP370內(nèi)含一個FLAG報(bào)警提示引腳,。一旦NCP370檢測到輸入電壓高于OVLO閥值、低于U-VLO閥值或過流,、過壓等故障,,F(xiàn)LAG端就會置低,并通知微控制器采取適當(dāng)?shù)拇胧?。而?dāng)輸入電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí),,F(xiàn)IAG又會在經(jīng)過一個延遲后置高,隨后使Vout恢復(fù)輸出,,其工作時(shí)序如圖3所示,。
由于FLAG是開漏輸出,因此,,在電源端必須接一個上拉電阻(最小10 kΩ),。當(dāng)NCP370的溫度過高時(shí),其FLAG會置低,,并將輸出與輸入斷開,。通過FLAG引腳可以隨時(shí)反映Vin狀態(tài),即使在設(shè)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(jù)其FLAG引腳的狀態(tài)變化來正確處理過壓、過流及熱關(guān)斷等故障,。
2.5 DIR輸入
將NCP370的DIR端強(qiáng)制拉低,,并將DEV端拉高,NCP370即可進(jìn)入正向充電狀態(tài),。而將DIR端置高時(shí),,OUT端會與IN端斷開,具體的充電狀態(tài)設(shè)置如表1所列,。另外,,DIR也會受到OVLO或U-VLO故障的影響(FLAG有效),。
3 典型應(yīng)用
NCP370具有保護(hù)電壓下降的功能,通過該功能可使電路免受IN端反向電壓的影響,。當(dāng)出現(xiàn)反向電壓時(shí),,NCP370的輸出將與輸入端斷開。
圖4所示是NCP370的典型應(yīng)用電路,。
將NCP370的DIR端強(qiáng)制置高(>1.2 V),,且將DEV端置低(<0.55 V),NCP370便可進(jìn)入反向供電狀態(tài),,此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的電源可以向置于底部連接器的外設(shè)供電,。而NCP370則由電池來供電,范圍為2.5~5.5 V,,而且此時(shí)的OCP和熱關(guān)斷模式同樣起作用,。
當(dāng)外設(shè)電阻Rlim上的電流(Ilim)高于Iocp時(shí),流過其內(nèi)部N溝道MOS管的電流就會受到限制,,這樣,,NCP370就能提供從電池到外設(shè)的反向過流保護(hù)功能。由于NCP370的內(nèi)部電阻與Ilim是串聯(lián)關(guān)系,,因此,,當(dāng)Ilim引腳直接與GND相連時(shí),其OCP最大,,而在它們之間接入Rlim時(shí),,其OCP會減小,OCP的取值大小如表2所列,。當(dāng)電流高于OCP時(shí),,其內(nèi)部的NMOS會關(guān)斷,且/FIAG會置低,,同時(shí)NCP370會通知微控制器來對故障進(jìn)行處理,,并禁止反向充電模式。
通過NCP370內(nèi)部的熱關(guān)斷保護(hù)電路,,可在溫度過高時(shí)關(guān)斷內(nèi)部MOSFET,,從而及時(shí)為器件降溫。NCP370所允許的最高熱關(guān)斷值為150℃,,超過這個溫度,,F(xiàn)LAG就會置低,并通知MCU,。但是,,由于NCP370芯片還具有30℃的熱滯,因此,,只有在溫度低于120℃時(shí),,其芯片內(nèi)部的MOSFET才能開啟,;而在高于120℃時(shí),NCP370會一直處于熱關(guān)斷狀態(tài),。此后,,故障消除,芯片即可恢復(fù)正常工作,。 NCP370在OUT端內(nèi)部集成有2個低RDS(on)的N溝道MOS管,,可用以實(shí)現(xiàn)對OUT端外系統(tǒng)在過壓、負(fù)向電壓及反向電流下的保護(hù),。通常,,N溝道MOS管的這種RDS(on)特性會在OUT端引入少量損耗。
4 結(jié)束語
NCP370是安森美半導(dǎo)體公司針對便攜式應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品最新推出的重要器件,,該器件可為手機(jī),、數(shù)碼相機(jī)、MP3/4,、個人數(shù)字助理(PDA)和GPS系統(tǒng)提供28 V的正向及負(fù)向過壓和過流保護(hù)(OVP),。此外,NCP370還提供有“反向”模式,,可實(shí)現(xiàn)便攜式設(shè)備電池中反向電流的穩(wěn)流,,故可廣泛用于便攜式設(shè)備底部連接器上FM收發(fā)器以及音頻和閃光等功能附件電路的供電。