三级保护机制应对短路和过载情况
负载电流通过SENSE引脚和电阻Rs进行监测。SENSE设有三个不同的阈值电压:
50mV:用于定时断路器功能;
70mV:用于模拟电流限制环路;
200mV:用于快速前馈比较器,在发生严重短路时限制峰值电流。
如果由于输出过载,Rs上的电压降超过50mV,TIMER将以40μA的电流向CT充电。当CT电压充至3V时,LTC4214将关闭输出。
如果在CT达到3V之前过载消失,且SENSE检测到的电压低于50mV,CT将以5μA的电流缓慢放电。
这样,LTC4214的断路器功能可对低占空比过载做出响应,并考虑MOSFET升温快、降温慢的热特性。
更高过载由模拟电流限制环路处理
如果Rs上的电压降达到70mV,电流限制环路将介入,通过调节MOSFET的栅极电压,将输出电流维持在70mV/Rs的恒定值。
在电流限制模式下,VOUT通常会上升,从而增加MOSFET的功耗。
如果VOUT>4.2V(即VPRNCL),可通过在VOUT与DRAIN之间连接外部电阻RP,加快TIMER电容的充电速度,从而缩短故障定时时间。此时,TIMER的上拉电流将增加8×IPRN。
注意:由于此时SENSE>50mV,TIMER仍在为CT充电,最终将导致LTC4214关闭输出。
低阻抗短路故障可能引发极高电流变化率(slewrate)
在这种情况下,电流过冲不可避免。
一个阈值为200mV的快速SENSE比较器可检测到过冲,并迅速将GATE拉低,其响应速度远快于较慢的电流限制环路。
随后,70mV/Rs的电流限制环路接管,继续调节电流如前所述。
与此同时,TIMER继续运行,当CT达到3V时,LTC4214将关闭输出。
当CT达到3V时:
LTC4214-1:锁断(latchoff),仅维持5μA的上拉电流;
LTC4214-2:进入关机冷却周期,之后自动重试。
对于LTC4214-1,可通过以下方式重置断路器锁存器:
将UV引脚短暂拉低;
或将输入电压Vin降至4.8V以下(内部UVLO阈值);
或通过开关将TIMER引脚短暂拉低。
虽然短路是最明显的故障类型,但以下几种工作情况也可能触发过流保护:
来自背板或负载的噪声尖峰;
相邻电路板故障引起的瞬态电流(共享同一电源总线);
插入非热插拔兼容设备时产生的浪涌电流。
TIMER和CT的配合作用可有效过滤这些短时过载和干扰,避免误动作,从而防止像简单电流比较器那样误触发甚至烧毁保险丝。
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