LTC2921/LTC2922系列电源跟踪器与输入监视器：特性、应用与设计要点

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环。尤其是在多电源系统中，如何确保各个电源的稳定、可靠运行，以及实现电源之间的跟踪和监控，是工程师们面临的重要挑战。今天，我们就来深入探讨一下Linear Technology Corporation推出的LTC2921/LTC2922系列电源跟踪器与输入监视器，看看它是如何解决这些问题的。

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一、产品特性

1. 多电源跟踪与监控

LTC2921/LTC2922能够跟踪多个电源，并监控包括(V_{CC})在内的5个输入电压。通过外部N沟道MOSFET开关，它可以控制电源以可调的速率斜坡上升，确保电源的平稳启动。同时，它还具备自动远程感应切换功能，能够补偿布线中的串联电压降，提高电源的稳定性。

2. 高精度阈值监测

该系列产品保证了±1%的阈值精度，特别是在0.5V的监测电平上，能够有效避免误触发。此外，它还具备过压监测功能，当输入电压超过设定的过压阈值时，会及时采取措施保护系统。

3. 可调功能

LTC2921/LTC2922具有多种可调功能，如可调的电源斜坡速率、电子断路器和电源良好延迟等。这些功能可以根据具体应用需求进行灵活配置，提高系统的适应性和可靠性。

4. 多种封装与电源电压选择

LTC2921采用16引脚窄SSOP封装，LTC2922采用20引脚TSSOP封装，方便不同的应用场景。同时，它们支持5V、3.3V和2.5V的(V_{CC})电源电压，满足多样化的电源需求。

二、工作原理

1. 监测序列

正常的上电序列包括以下步骤：

• 等待(V{CC})超过欠压锁定阈值，并持续检查(V{CC})。
• 确认断路器未跳闸，且所有监测电源（包括(V_{CC})）处于编程的监测和过压阈值之间。
• 检查TIMER引脚电压低于150mV，然后通过对TIMER引脚进行斜坡上升来创建延迟。
• 斜坡上升GATE引脚，打开外部N沟道FET，同时将电源斜坡上升到负载。
• 激活远程感应开关，并等待反馈开关栅极完全增强。
• 再次等待TIMER周期延迟。
• 释放PG输出的下拉，继续检查(V_{CC})、断路器、输入电压和GATE电压。

2. 中断事件

有三种事件可以中断序列，触发所有电源的立即断开、PG信号的下拉和远程感应开关的停用：

• 锁定：当(V{CC})低于欠压阈值（包括迟滞）时发生。恢复锁定需要足够的(V{CC})电压，离开锁定后，序列从步骤1开始。
• 故障：当断路器跳闸时发生。从故障中恢复需要在电流低于跳闸点后，将V1引脚脉冲低于0.5V（标称值）超过150µs。当V1返回高电平时，序列从步骤1开始。
• 错误：当一个或多个监测输入（V1 - V4引脚）或(V_{CC})低于其监测阈值，或高于其过压阈值时发生。GATE引脚完全斜坡上升后失去电压也会导致错误。错误会使序列回到步骤1。

3. 远程感应反馈开关

LTC2921/LTC2922的集成N沟道开关可以自动补偿外部负载控制MOSFET开关的(R_{DS(ON)})引起的电压降。通过修改每个电源的正常反馈路径，当负载控制开关打开时，远程感应开关也打开，创建主导反馈路径，从而补偿电压降。

4. 电子断路器

在(V{CC})和SENSE引脚之间放置一个电阻，当电阻两端的电压超过50mV持续1µs时，电子断路器跳闸。跳闸会导致故障条件，中断监测序列，需要重置断路器锁存器。重置可以通过在电流低于跳闸点后将V1引脚拉低超过150µs，或从(V{CC})的欠压锁定中恢复来实现。

三、应用信息

1. 设置电源监测电平

LTC2921/LTC2922系列具有低0.5V监测阈值和±1%的高精度。为了精确设置电源监测电平，可以设计一个精密比例电阻分压器，将最低有效电源电压与最大指定监测阈值电压相关联。使用1%或更好公差的电阻来限制由于失配引起的误差。

2. 选择外部N沟道MOSFET

GATE引脚驱动外部N沟道MOSFET的栅极，使其高于(V_{CC})，将电源连接到负载。LTC2921/LTC2922系列提供的GATE驱动电压最适合逻辑电平和亚逻辑电平功率MOSFET。在选择FET时，需要考虑电流、关断速度、导通电阻、栅源电压规格等应用要求。

3. 设置GATE斜坡速率

通过在GATE引脚连接外部电容器来控制电源加载到负载的电压斜坡速率。在监测序列的步骤3中，一个10µA的上拉电流将GATE引脚电容斜坡上升到内部电荷泵电压VPUMP。可以使用公式(C_{GATE}=frac{10 mu A}{Delta V / Delta t})计算实现给定斜坡速率所需的标称GATE引脚电容。

4. 设置序列延迟定时器

上电序列包括两个可编程延迟，由TIMER引脚的电容设置。第一个延迟在所有监测电压符合阈值、电子断路器未跳闸且(V{CC})不欠压时开始。第二个延迟在远程感应开关的栅极完全斜坡上升后开始。可以使用公式(C{TIMER }=frac{2 mu A}{1.2 V} cdot t_{DLY})计算定时电容的标称值。

5. 配置PG引脚输出

LTC2921/LTC2922的PG引脚是一个电源良好指示器。在启动序列期间和检测到错误时，一个强FET将PG拉低。当所有电源满足监测和过压阈值、断路器未跳闸、GATE引脚达到峰值且远程感应开关打开时，一个4µA的电流源从VPUMP将PG拉高。可以通过添加外部上拉电阻将PG配置为逻辑信号，也可以将其用作外部N沟道MOSFET的栅极驱动。

6. 集成远程感应开关

LTC2921/LTC2922系列的一个重要特性是一组远程感应开关，用于补偿负载路径中的电压降。开关在GATE引脚完全斜坡上升后的启动序列中激活，其栅极以标称8V/ms的速率从地斜坡上升到VPUMP。当条件指示电源断开时，开关在不到10µs内关闭。

四、设计示例

下面我们通过一个三电源监测系统的设计示例，来具体说明如何使用LTC2921/LTC2922系列产品。

1. 设计要求

• 监测5V、3.3V和2.5V三个电源，电压精度分别为±7.5%。
• 远程感应所有三个负载电压。
• 提供紧密的监测电平。
• 使用断路器功能。
• DC/DC转换器反馈电阻分压器>100kΩ。
• TIMER延迟为150ms（标称值）。
• GATE斜坡时间为500ms（标称值）。
• 监测电阻分压器电流为10µA（标称值）。

2. 设计步骤

• 设置电源监测电平：将5V电源连接到(V{CC})引脚，使用内部电阻分压器设置该监测电平。对于3.3V和2.5V电源，分别计算电阻分压器的(R{A})和(R_{B})值，选择合适的标准电阻。
• 选择外部N沟道MOSFET：选择Vishay Siliconix Si2316DS作为外部N沟道MOSFET，根据电源电压和GATE引脚电压计算其最大导通电阻，并确保其栅源电压在安全范围内。
• 设置GATE斜坡速率：根据公式(C_{GATE}=frac{10 mu A cdot 500 ms}{10.8 V}=0.463 mu F approx 0.47 mu F)，选择0.47µF的电容来设置GATE斜坡速率。
• 设置序列延迟定时器：根据公式(C_{TIMER }=frac{2 mu A}{1.2 V} cdot 150 ms=0.25 mu F approx 0.22 mu F)，选择0.22µF的电容来设置序列延迟。
• 设置电子断路器：选择Vishay Dale WSL1206系列的0.05Ω、1%精度的电阻作为感测电阻，计算断路器的跳闸电流阈值范围。
• 配置PG引脚输出：将PG引脚配置为2.5V负逻辑复位信号，选择4.7kΩ的上拉电阻。
• 设置远程感应开关：选择(R{X}=100Ω)的电阻，满足(R{Q(ON)}, R{FB(ON)} ll R{X} llleft(R{Y}+R{Z}right))的要求，确保负载电压能够主导反馈到转换器。

五、总结

LTC2921/LTC2922系列电源跟踪器与输入监视器为多电源系统提供了全面的解决方案。它具有高精度的监测功能、灵活的可调特性和丰富的保护机制，能够有效提高电源系统的稳定性和可靠性。通过合理的设计和配置，可以满足各种不同应用场景的需求。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用要求，仔细选择外部元件，合理设置参数，以确保系统的最佳性能。

你在使用LTC2921/LTC2922系列产品时，遇到过哪些问题或有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。