雙向過壓過流保護器件NCP370 的原理及應用

2 工作原理
NCP370提供有兩種工作模式：正向模式和反向模式，兩種工作模式可通過器件的邏輯引腳來進行設置。第一種是指用墻上適配器為系統(tǒng)提供電源的工作模式。在這種模式下，NCP370的正向保護電壓和反向保護電壓分別可達+28 V和-28 V。而且當系統(tǒng)輸入電壓超過過壓閥值(OV-LO)或低于欠壓閥值(UVLO)時，墻上適配器(或AC／DC充電器)會自動斷開。通常在NCP370上電期間，如Vin超過欠壓閥值，Vout會再延遲30ms。
第二種為反向模式，即由系統(tǒng)電池或升壓器給外部設備提供電源的充電模式。在這種模式下，外設必須接到NCP370的輸入端(系統(tǒng)底部連接器)，而電池則應與其輸出端相連。同時，NCP370內部的過流保護電路也會被激活，這樣可以防止外設故障和電池放電。另外，NCP370還帶有一個反向故障指示輸出端(FLAG)，該端口可在故障發(fā)生時，用于向系統(tǒng)報警。若在其輸入端旁路一個1μF或更大的電容，NCP370還可以進行ESD保護(15 kV的空氣放電)。
在NCP370上電期間，若DIR為低，且REV為高，同時輸入電壓高于UVLO，那么，其輸出電壓仍然會持續(xù)30 ms的時間。而當輸出信號升高后，F(xiàn)LAG信號也會持續(xù)30 ms。
將外設連到IN端，NCP370便可進入反向模式。此時，外設內部的電池可由NCP370的OUT端來供電。在反向模式下，NCP370的REV端必須置低，這樣，當外設發(fā)生過壓、欠壓或過流等故障時，NCP370內部的過壓、欠壓或過流保護電路才會起作用，同時其FLAG也才會向系統(tǒng)發(fā)出報警信號。圖2所示是NCP370的內部功能框圖。

2．1 欠壓鎖定電路(UVLO)
NCP370M芯片內部集成有欠壓鎖定電路，該電路可以確保在任何條件下使AC／DC (或墻上充電適配器)正常開啟。在Vin正向上升期間，如果電壓低于UVLO閥值，NCP370的輸出與輸入為斷開狀態(tài)，且FLAG輸出置低。應當注意的是：該欠壓鎖定電路具有60 mV的滯后，可用以提高瞬變干擾。當NCP370工作在反向模式時(REV=0．55 V，DIR>=1．2 V)，其內部的UVLO和OVLO比較器均不工作。
2．2 過壓鎖定電路
NCP370內部的過壓鎖定電路，可用以防止Vout端系統(tǒng)的過壓損壞。一旦NCP370的輸入電壓高于OVLO閥值，其輸出就會失效，且FLAG會輸出低電平。該過壓鎖定電路也有80 mV的滯后，可提高電壓瞬變時的抗擾性。另外，NCP370的OVLO閥值還可以手工設置。
2．3 系統(tǒng)電壓鎖定
當DIR為低，同時REF也為低時，通過墻上適配器(輸入)可為系統(tǒng)(輸出)供電，此時，NCP370內部的第二個過壓比較器將起作用，但此時其RDS(on)會高些，電流接近10mA。事實上，在測試產(chǎn)品期間(25℃條件下)，其輸入電壓可以高些(OVLO的典型值為8．27 V)。
2．4 故障報警輸出
NCP370內含一個FLAG報警提示引腳。一旦NCP370檢測到輸入電壓高于OVLO閥值、低于U-VLO閥值或過流、過壓等故障，F(xiàn)LAG端就會置低，并通知微控制器采取適當?shù)拇胧?。而當輸入電壓恢復到正常范圍時，F(xiàn)IAG又會在經(jīng)過一個延遲后置高，隨后使Vout恢復輸出，其工作時序如圖3所示。

由于FLAG是開漏輸出，因此，在電源端必須接一個上拉電阻(最小10 kΩ)。當NCP370的溫度過高時，其FLAG會置低，并將輸出與輸入斷開。通過FLAG引腳可以隨時反映Vin狀態(tài)，即使在設備關閉(DIR=0)情況下，也不例外。這樣，在反向模式下，微控制器也可以根據(jù)其FLAG引腳的狀態(tài)變化來正確處理過壓、過流及熱關斷等故障。