过流保护水平自动调节的热插拔电源解决方案

 某些负载在启动期间比工作时需要更大的电流;有些负载则可在启动期间将电流限制到较低的功率水平，但在工作期间需要较大的电流。本文介绍的应用电路在完成启动后可以自动调高或调低功率电路的过流保护水平。

在电源和其负载之间安装开关和保险丝，可以控制和保护电源。改进方法是通过将简单的开关和保险丝集成在单个封装内实现相同的功能，且无需更换器件和维 护。本文介绍的MAX5976热插拔电源解决方案在内部集成了功率MOSFET和驱动电路，能够提供通断控制以及保护。期望的过流保护等级由一个外部的接 地电阻设置。

虽然具体的功能细节和特性有所不同，但大多数集成负载开关采用了相同的工作原理。在启动期间，负载开关的驱动器电路将打开MOSFET，并监测负载电 流和MOSFET开关的温度。如果启动电流在MOSFET完全导通之前达到了设置的过流门限，驱动电路将快速地降低栅极驱动，以便负载开关器件像恒流源一 样工作。这种工作模式可以持续一段有限的时间。如果输出电压在该时间限制结束时没有上升到接近输入电压的数值，负载开关将会关断，并触发故障状态输出以指 示启动失败。如果输出在启动定时超时之前顺利地上升到规定电压，则将触发电源就绪指示输出。

如果负载电流在启动之后的任何时间超出了所设置的过流门限，负载开关将作为电子断路器关断内部功率开关。这将保护上游电源不被输出过载或短路故障损坏。

　　启动后更改过流阈值

有些负载设备启动时的电流大于工作状态下的电流。例如，当负载带有较大的输入旁路电容时可能需要较大的充电电流，而在上电之后将消耗很小的工作电流。 同样，带有电机的设备(例如磁盘驱动器)在启动时需要较大的旋转电流，而一旦达到速度的最大值，电机消耗的电流会降低许多。

为了在这些情况下提供最佳的保护，最好把过流保护阈值设置在接近较低的工作电流。不过，这将导致在启动过程中，当负载开关(例如MAX5976)箝制电流而出现电流匮乏的情况，这样将无法支持输出电压的上升。实际上，在这种情况下输出电压可以进入折返式保护。

为解决这一问题，可以采用简单的反相方法：启动之后，在负载开关的电源就绪开漏输出(PG)端并联一个二级限流配置电阻。该设计(图1)降低了启动之 后负载可获得的电流。在启动期间，当输出电压低于输入时，PG输出为低电平，电流限值由RCB1决定;当输出升高到规定值且电源就绪状态延迟16ms 后，PG输出进入高阻态。这使得Q1的栅极得以升高，将第二个电阻RCB2与RCB1并联，从而降低过流阈值。
　　
图1：PG输出控制外部晶体管，以降低启动之后的过流门限。

电路工作过程如图2所示，此时MAX5976启动负载为330μF、8.9Ω。最初，MAX5976将浪涌电流箝制在3A，由RCB1=17.4kΩ 决定。达到VOUT后，负载电阻的电流为1.3A。PG输出在VOUT升高16ms后变为高电平，将RCB2=12.1kΩ并联到RCB1，使断路器门限 降至1.25A。MAX5976断路器比较器可容许额外的4.8ms过流，然后关断(对于更大的过载电流，将更快速地触发断路器关断)。

也可利用其他信号将电阻切入或切出CB(限流阈值设置)电路。这种灵活性使各种电源管理成为可能。例如，可以利用上电复位(POR)管理器件将启动定时扩展至正好超过默认的PG延迟。如果要容许磁盘驱动器电机旋转到运行速度，就可能需要这样的功能。

对于高度可配置的过流保护电路，可组合使用集成负载开关和数字电位器(例如MAX5434)。这种配置允许微控制器(或生产夹具)根据需要设置过流限值，而无需更改物理器件。图2所示为此类应用电路。

图2：MAX5976与非易失数字电位器MAX5434组合使用，实现可编程过流限值。

　　在热约束非常关键的应用中，可利用负温度系数(NTC)热敏电阻设置电流限值。NTC热敏电阻提供一个保护门限，在负载开始过热时自动降低，从而防止潜在的故障发展到不可恢复的程度。

　　本文小结

由于MAX5976及类似器件采用单电阻设置软启动和过流保护水平，因此对基本应用电路进行简单改动，就可以适应启动和运行电流要求变化非常宽的复杂负载。我们能够很容易地将集成负载开关的高集成度和性能与复杂的状态依赖型过流保护相结合。

　　
图2：图1所示电路启动330μF、8.9Ω 负载，RCB1=17.4kΩ，RCB2=12.1kΩ。

相反，有些负载必须缓慢启动，以免负载开关的内部MOSFET功耗过大，同时输出电压呈斜坡上升。那么，如果完全增强MOSFET，则可在没有过大损 耗的情况下提供更大的电流。在这种情况下，可简单地利用MAX5976的PG输出本身来控制并联配置电阻(图3)。完成启动后，PG输出变为高阻，此时断 开并联电阻，并增大可提供给负载的电流。