电源开关器件讲解(2)

引言：理想二极管和ORing控制器通过监测外部FET提供反极性保护，显著降低功率损耗，并阻断反向电流，每当发生瞬态事件时，控制器就会监控和调整外部FET，以防止损坏上游组件。

智能高侧开关可用于板外负载保护，额外的远程诊断技术监测输出负载电流，并检测短路和抛负载事件。智能高侧开关具有可调的电流限值，更可靠地集成到具有大涌入电流启动曲线或低峰值电流的应用中。在设计中添加一个智能高侧开关，将为驱动容性、感性和LED负载提供一个更智能、更强大的保护方案。

低侧开关将负载连接到地，而不是在电源和负载之间提供连接，通过包括集成续流二极管，低侧开关通过在环形回路中耗散电流来帮助消除电感负载的瞬态冲击，这使它们能够驱动电磁阀、继电器和电机等感性负载。

1.热插拔

如图3-1热插拔控制器驱动一个外部MOSFET，以保护系统免受热插拔操作的影响。热插拔控制器不像eFuses那样集成MOSFET，外部MOSFET允许热插拔控制器在比eFuse器件更高的电压和电流下运行。控制器监控外部FET的栅极电压，并根据情况调整电压，当设备插入带电电源系统时，控制器测量Rsense上的浪涌电流，如果该值超过了可编程的电流限制值，则栅极电压会降低并限制通过的电流。如果MOSFET两端耗散的功率超过可编程功率限制，则降低栅极电流以减少流过Rsense的电流。当输入电压不在设定的阈值内时，过电压和欠压引脚也会夹箝位电压。

图3-1：热插拔控制器简图

为了确保外部MOSFET保持在安全操作区域SOA内，热插拔控制器在更高的VDS电压下调节电流限制。该器件还包括可监测操作条件的各种遥测技术。当Vout达到标准时，PG信号就会打开，一些热插拔控制器包含PMBus监控，允许对设备状态进行实时反馈。

由于热插拔控制器通过控制外部Rsense和MOSFET进行操作，因此它们不包含固有电流限制，外部组件允许自定义保护方案的大小和功率需求，以适合其应用。

特性功能：PMBus和I2C通信，效率和精度之间的平衡，更高电压的应用，外部FET温度和故障感应，SOA保护，电流限制，支持负电压，软启动，支持ORing，严重电流事件的断路器功能、可编程故障定时器、PG输出。

2.理想二极管&ORing控制器

如图3-2理想二极管控制器控制外部FET，与常规二极管类似，可以在发生反向电压事件时阻断反向电流。当发生反向电压时，控制器就会关闭MOSFET，并使用体二极管来防止任何瞬态冲击损坏上游器件，控制器还可以通过使用相同的方法防止输入Vin处的接地短路。

图3-2：理想二极管控制器简图

理想二极管控制器还可以防反接，通常是电池连接错误或电源接线错误。如果不小心接错Vin的极性，从控制器到GND的一个额外的二极管可以避免损坏IC或电源。控制器还显著降低了二极管两端的功耗，通过驱动外部FET而不是二极管，在二极管保护方案中的电压降可以被最小化。

理想二极管也可以作为ORing控制器，基本电源冗余结构包含连接到单个负载的两个或多个电源。ORing解决方案允许系统在电源发生故障时在电源之间切换，甚至可以并联电源，允许不间断供电，并节省冗余电源成本。

特性功能：快速关断，电压感应，低IQ，高效率，低侧ORing控制器，FET诊断，反向电流保护，集成FET。

3.智能高侧开关

如图3-3智能高侧开关可以可靠地驱动板外负载，这些开关包含高度可调和可选择的电流限值，使系统能够针对特定负载进行优化设计。通过连接外部电阻来设置电流限制阈值，该开关可以保护负载和电源在GND短路或通电条件下免受过应力的影响。通过最小化瞬态电流和电源跌落来实现更可靠的设计，当达到阈值时，激活控制闭环激活将输出电流箝位到设定值，然后在CS引脚上报告故障。

图3-3：智能高侧开关简图

这些开关还提供高精度的电流感测，为系统提供实时诊断。电流镜从Vin读取电流，将其映射到电流检测CS引脚上的电压。CS引脚无需校准，可作为诊断报告引脚。当发生负载开路或短路时，CS引脚上的电压降至0V。开路负载或短路，CS引脚上的电压都会降至0V。无论何时发生电流限制、热事件或断开状态下的负载开路或短路，电压都会被拉高至其最大阈值。高精度电流监测和可调电流限制是工业应用的理想选择，如FPGA，电机阀，伺服驱动器和控制单元。

智能高侧开关的另一个功能是负载突降（抛负载）兼容性，它允许这些设备直接连接到12V电池，而不需要担心典型的电压和电流瞬态冲击，额外的保护包括减轻可能损害下游器件的大涌入电流事件。智能高侧开关可以集成到许多需要低导通电阻和高电压公差的汽车应用中，以应对电压尖峰和浪涌电流事件，其中一些应用包括前后照明、座椅加热、信息娱乐、动力传动系统和ADAS。

特性功能：可编程高精度电流限制提高了设计灵活性，低Ron，小封装，温度感应，低待机电流，高精度电流感测，热关断，支持多通道，快速硬件中断，具有优化转换速率的感性负载负箝位，全局故障报告，支持具有数字输出状态的全诊断。

4.低侧开关

如图3-4与其他电源开关拓扑不同，低侧开关用于连接和断开负载的接地，这种配置允许低侧开关驱动感性负载，内部续流二极管可以防止感性瞬态冲击损坏电路和元件。每当开关断开时，感性瞬态冲击通过续流二极管，并在整个负载中消散，这使这些器件成为电机、螺线管和继电器的理想选择。

图3-4：低侧开关方框图

低侧开关包括两种设计：达林顿对阵列和低侧MOSFET设计。由于集成BJT的额定电压更高，达灵顿对设计可以支持更高的电压应用，而MOSFET设计具有更低的导通电阻和更低的泄漏电流。大多数低侧开关包含7个通道，这些通道可以并联以支持更高的电流使用。

特性功能：达灵顿对BJT支持更高的电压，支持多通道，低侧MOSFET具有更低电阻和漏电流，效率更优。