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端口或局部过流怎么办?

2020/07/15
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我们介绍了那么多 Buck 转换器和 Buck 控制器实现电流检测和过流保护的方法,看起来似乎选用一个具有完善保护措施的 Buck 设计就已经足够了,但这其实仅仅是个开始,一个系统设计者需要考虑的还有很多,因为现实中有很多意外可能发生。

举例而言,一台用于车载环境的电子设备很可能会选择 RTQ6365 为之供电,因为它可以在 4.5V~60V 的输入下工作,负载能力高达 5A,前一个指标足以让这台设备在 12V 的车辆上和 24V 的车辆上都能使用,5A 的负载能力则能满足很多系统的需求,如果它的输出电压就是 5V,则 25W 的功率对于很多应用来说都是足够了的,完全可以用我们曾经提到过的 RT5800 接在它的后面去为系统芯片供电,就像下图一样把它们结合在一起:

可是你这个系统的能力很强大,它还有一个 USB 接口可以连接外部负载,你的直接想法可能是如下图一样把 RTQ6365 的输出拉过去给它供电:

这一下就让这个系统暴露于危险中了,因为 USB 接口上的 VBUS 和 GND 随时都可能短路。即使不短路,外部接入的负载耗电也可能出现超出 5V 供电能力的情况,这样就会把 5V 电源拉垮,让 RTQ6365 进入过流保护状态,同时造成 RT5800 的供电不足,其输出也将变得不正常,整个系统顷刻间就瓦解了。

为了避免这样的状况发生,当你需要为 USB 端口供电的时候,你可以在 5V 电源和 USB 接口之间插入一个具有电流限制能力的功率开关,就像下图所示的样子:

图中的 RT9742 是这样的一种器件:当它处于关断状态时,它的输入端与输出端之间是没有任何电流流通的;当它处于导通状态时,输入与输出之间就连接在一起,相互间只存在一个只有几十 mΩ 的导通阻抗。当负载电流超过其电流限制阈值时,它将进入限流状态,而其负载并未降低,此时的输出电压就会降低,输入与输出端之间的电压差会增大,再结合上电流就会形成较大的功耗,从而会让它进入发热状态。一旦其温度超过预设的阈值,开关就会被切断,输出自然也就没有了,相当于强制性地消除了负载的影响,待其冷却下来后又会重新进入带有软起动的导通过程,前述的功能又重新进入运行状态。由于这样的特性,如果造成过流的原因已经消除了,它的输出自然就恢复正常了,否则就会反复发生限流、发热、关断、冷却、软启动、限流的循环,总之是要把可能的恶性事故避免掉。

RT9742 有很多子型号,它们分别代表不同的电流限制参数(0.5A~3A)和使能信号的电平高低,可以分别满足不同应用的需求。如果这种确定了电流限制阈值的产品不能满足你的需求,你也可以选择电流限制阈值可调的型号,如 RT2528A,这是一款通过了 AEC-Q100 Grade 3 认证的功率开关产品,其电流限制阈值可用一只外接电阻进行调节,调节范围为 0.5A~2.5A,全温度范围内的调节精度处于 10% 以内。

立锜在很早以前就开始做这种类型的功率开关产品,第一款型号是很有名的 RT9701,设计它的初衷是应用于电脑的 USB 端口保护,但那时有很多厂商因追求低成本而使用并不可靠的可恢复性热敏电阻,我则把它推荐给很多需要分区供电的应用中去使用,甚至将其用于锂离子电池的充电应用电路中,解决了很多那时还难以克服的问题。

在现今的应用中我们能看到很多具有多个端口的充电器产品,它们的多个端口很多都是共用一个电源,在不加保护的情况下,如果有其中一个端口出现了过流或短路等情形,立马会造成整个电源的故障或是保护。如果在这样的地方给每一个端口都增加一个 RT9742 这样的限流元件,因过载或短路而造成的问题就不会很大了。

转载自RichtekTechnology。

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