應(yīng)急電源系統(tǒng)中的“保護(hù)傘”：5種典型電源開(kāi)關(guān)器件問(wèn)題解答
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作者：昂佳科技
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次發(fā)表時(shí)間：2019-12-06 22:20:10
一個(gè)安全穩(wěn)定的應(yīng)急電源是我們電源工程師對(duì)職業(yè)和客戶的承諾，如何設(shè)計(jì)好電源的保護(hù)電路是我們電源工程師都會(huì)面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。
我們?cè)陔娫聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)看到比如保險(xiǎn)絲，負(fù)載開(kāi)關(guān)，熱插拔控制器，ORing控制器等電源開(kāi)關(guān)保護(hù)器件。大家對(duì)這些器件的作用，分類是否清楚，幾個(gè)問(wèn)題考考大家：
1.在我們的電源系統(tǒng)中需不需要它們？
2.這些電源開(kāi)關(guān)器件特點(diǎn)和功能分別是什么？
3.在什么場(chǎng)合和應(yīng)用中分別需要用到它們？
4.應(yīng)該選用哪種電源開(kāi)關(guān)器件？
5.如何挑選合適的參數(shù)？
這些問(wèn)題不知道答案？今天我們會(huì)來(lái)給大家簡(jiǎn)單做一個(gè)概述來(lái)介紹一下這些電源系統(tǒng)中的“保護(hù)傘”。先來(lái)看一個(gè)最典型的電源開(kāi)關(guān)應(yīng)用中電源開(kāi)關(guān)器件可能出現(xiàn)的位置：
從上圖中就可以看到很多常見(jiàn)的電源開(kāi)關(guān)器件：負(fù)載開(kāi)關(guān)(Load Switch)，電子保險(xiǎn)絲(eFuse），理想的二極管和ORing控制器，高邊開(kāi)關(guān)（High Side Switch)，低邊開(kāi)關(guān)（Low Side Switch)等。
幾種具有不同功能的電源開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可滿足不同的應(yīng)用需求，下面先簡(jiǎn)單介紹這幾款器件：
? 負(fù)載開(kāi)關(guān)，通過(guò)提供安全可靠的電源分配來(lái)建立電源開(kāi)關(guān)基礎(chǔ)。通常使用負(fù)載開(kāi)關(guān)的應(yīng)用包括電源分配，電源排序，浪涌電流控制和減小泄漏電流。集成PowerMUX (功率復(fù)用開(kāi)關(guān))設(shè)備類似于負(fù)載開(kāi)關(guān)，但允許多個(gè)輸入源。這種電子開(kāi)關(guān)用于選擇兩個(gè)或更多輸入功率路徑并在其間轉(zhuǎn)換為單個(gè)輸出，同時(shí)還提供輸入的功率保護(hù)。
? eFuse(電子保險(xiǎn)絲)和熱插拔控制器，提供附加的輸入功率路徑保護(hù)功能，例如電流檢測(cè)監(jiān)控，電流限制，欠壓和過(guò)壓保護(hù)以及熱關(guān)斷等。這使得這些設(shè)備非常適合熱插拔和瞬態(tài)事件，否則會(huì)損壞系統(tǒng)組件這些好處有助于降低系統(tǒng)維護(hù)成本并最大程度地延長(zhǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)間。
? 理想的二極管，ORing控制器，可通過(guò)監(jiān)視外部FET來(lái)提供反極性條件的保護(hù)，從而顯著降低功耗并阻止反向電流。每當(dāng)發(fā)生瞬態(tài)事件時(shí)，控制器都會(huì)監(jiān)視并調(diào)整外部FET，以防止損壞上游組件。
? 高邊開(kāi)關(guān)，用于板外負(fù)載保護(hù)。它們提供了附加的診斷遙測(cè)功能，可監(jiān)視輸出負(fù)載電流并檢測(cè)短路和開(kāi)路負(fù)載事件等。高邊開(kāi)關(guān)具有可調(diào)節(jié)的電流限制，從而可以更可靠地使用到具有大浪涌電流啟動(dòng)曲線或低峰值電流的應(yīng)用中。在設(shè)計(jì)中添加一個(gè)高邊開(kāi)關(guān)，可以為驅(qū)動(dòng)電容，電感和LED負(fù)載提供更智能，更強(qiáng)大的解決方案。
? 低邊開(kāi)關(guān)，將負(fù)載接地，而不是在電源和負(fù)載之間提供連接。通過(guò)包含一個(gè)集成的反激二極管，低邊開(kāi)關(guān)通過(guò)在電路環(huán)路中耗散電流來(lái)幫助消除電感性負(fù)載瞬變。這使他們能夠驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載，例如螺線管，繼電器和電動(dòng)機(jī)。
說(shuō)了這么多，來(lái)一張對(duì)比表格，一目了然就可以看出這些電源開(kāi)關(guān)的作用和特點(diǎn)：
下面對(duì)這些常見(jiàn)的電源保護(hù)開(kāi)關(guān)器件做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹：
負(fù)載開(kāi)關(guān)是可打開(kāi)和關(guān)閉電源軌的電子開(kāi)關(guān)。當(dāng)內(nèi)部FET導(dǎo)通時(shí)，電流從輸入流向輸出，并將功率傳遞至下游電路。使能該器件后，可以通過(guò)調(diào)節(jié)外部引腳（CT引腳）上的電容來(lái)控制輸出電壓（VOUT）的上升時(shí)間。禁用該器件時(shí)，可通過(guò)快速輸出放電（QOD）控制VOUT的下降時(shí)間。每當(dāng)關(guān)閉供電電源時(shí)，QOD都會(huì)將輸出拉至地，以防止輸出浮動(dòng)或進(jìn)入不確定狀態(tài)。
◆ 負(fù)載開(kāi)關(guān)的一些常見(jiàn)功能包括省電，電源排序和浪涌電流控制。
在希望最大程度地減少電流耗散和提高電源效率的應(yīng)用如電池供電應(yīng)用中，節(jié)電至關(guān)重要。通過(guò)斷開(kāi)負(fù)載或子系統(tǒng)的電源，該開(kāi)關(guān)可將非活動(dòng)負(fù)載的功率降至最低。
◆ 電源排序?qū)τ谛枰刺囟樞虼蜷_(kāi)和關(guān)閉各個(gè)電壓軌的應(yīng)用非常重要。通過(guò)配置CT和QOD引腳，可以調(diào)整上升和掉電時(shí)序。
◆ 浪涌電流控制可保護(hù)在負(fù)載附近包含大容量電容器的系統(tǒng)。最初給系統(tǒng)供電時(shí)，對(duì)這些電容器進(jìn)行充電會(huì)導(dǎo)致較大的浪涌電流，超過(guò)額定負(fù)載電流。如果不加以解決，這可能會(huì)導(dǎo)致電壓軌由于壓降而掉落至不規(guī)范狀態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入不良狀態(tài)。負(fù)載開(kāi)關(guān)可以通過(guò)使用CT引腳管理電源軌的上升時(shí)間來(lái)減輕浪涌電流。這導(dǎo)致線性輸出擺率，不會(huì)造成電壓突降或不需要外部穩(wěn)壓器。
Power Mux(電源多路復(fù)用開(kāi)關(guān))
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好了，已經(jīng)給大家介紹了常見(jiàn)電源開(kāi)關(guān)器件的特點(diǎn)，功能以及常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)合，相信大家在后續(xù)電源設(shè)計(jì)和應(yīng)用中再碰到上面提到的問(wèn)題時(shí)不會(huì)摸不著頭腦。后續(xù)再給大家繼續(xù)分享如何保護(hù)電源系統(tǒng)的知識(shí)。
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