TPS2014/2015是一種限流開關,串接在電源與負載電路之間,由于采用了導通電阻僅95mΩ的功率MOSFET作開關,損耗極小。當負載電路有過負荷或短路情況發(fā)生時,限流開關限制電流輸出,以保證電路的安全,同時輸出過流信號。該限流開關有一個低電平有效的片選端EN,可用作電源管理。
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新型限流開關TPS2014/2015

TPS2014/2015是一種限流開關,串接在電源與負載電路之間,由于采用了導通電阻僅95mΩ的功率MOSFET作開關,損耗極小。當負載電路有過負荷或短路情況發(fā)生時,限流開關限制電流輸出,以保證電路的安全,同時輸出過流信號。該限流開關有一個低電平有效的片選端EN,可用作電源管理。
 TPS2014/2015結構與工作原理完全相同,僅輸出的限制電流不同。TPS2014在短路時輸出的限制電流典型值為1.2A,而TPS2015的典型值為2A。
內部結構與工作原理
 TPS2014/2015的內部結構如圖1所示,是由N溝道功率MOSFET為開關,加上可檢測電流的FET(CS)、電荷泵電路、驅動器電路、電流限制電路、過熱保護電路、低壓鎖存電路及過流信號輸出(開漏結構)電路組成。
 輸入電壓由IN端進入,經(jīng)過N溝道功率MOSFET開關,由OUT端輸出。該功率MOSFET的導通電阻RDS(ON)小于95mΩ,所以在開關上的損耗功率很小。該功率MOSFET中還有一個可檢測電流的FET,比傳統(tǒng)檢測電流的敏感電阻要好得多,在電流通路中,它不會增加阻值。若流過負載的電流超過一定值或發(fā)生短路時,F(xiàn)ET輸出過流信號給電流限制電路,一方面控制驅動器電路來控制功率開關管的柵極,使其工作在線性區(qū)域,使開關輸出一個有限的電流;另一方面電流限制電路使開漏MOSFET導通,當外接上拉電阻時,漏極輸出低電平(表示過流或短路)。
  為保證N溝道功率MOSFET正常工作,要使柵極的電壓大于源極電壓(由于開關在負載的上面,一般稱為高端開關),這里采用電荷泵升壓電路來滿足這一要求。


圖1:TPS2014/2015內部結構圖

 當負載電路中連續(xù)發(fā)生過載或短路時,使開關的溫升上升到180℃閾值溫度,此時過熱保護電路工作將功率開關關斷。若開關溫度冷卻到160℃左右,負載電路故障排除,開關會自動恢復導通,所以這也是一種“自復電子保險絲”。
 在TPS2014/2015中還有一個低壓鎖存電路,當輸入電壓低于3.2V時,此電路輸出低壓信號,使驅動電路動作,關斷功率開關。
 當TPS2014/2015的選通端EN被施加低電平(小于0.8V)時,器件被選通,開關導通;當此端施加高電平(大于2V)時,開關關閉。在有多個限流開關的系統(tǒng)中,可以通過微處理器的控制,實現(xiàn)電源管理,可以有效地達到節(jié)能的目的。在正常工作時,限流開關工作電流的典型值為73μA,而在未選通時,其典型耗電為0.015μA,更重要的是可以讓一部分負載電路停止工作。


圖2:TPS2014/2015電壓上升曲線圖

  

驅動器電路用來 控制功率MOSFET的柵極電壓來實現(xiàn)通、斷,但在通斷時控制其上升及下降的時間,由一般的通、斷上升時間及下降時間的微秒或納秒級延長到2~4毫秒,使輸出電壓成斜坡上升或下降,可達到“慢啟動”的目的,可減小輸出電流的波動及EMI的產生,如圖2所示。上升時間t1約為2ms,傳播延遲時間t2約為4ms。
封裝與管腳排列
 TPS2014及TPS2015有兩種封裝:8引腳SO封裝及8引腳DIP封裝。SO封裝型號的后綴為D,而DIP封裝的后綴則為P。管腳排列如圖3所示。


圖3:TPS2014/2015管腳圖

 IN為輸入端,輸入電壓范圍為4.0V~5.5V;OUT為輸出端;OC為過流信號輸出端(開漏輸出);EN為片選端,低電平有效;GND為地。
典型應用電路
 典型應用電路如圖4所示。輸入端需外接一個0.1μF陶瓷電容器作旁路電容,此電容應盡可能接近器件的2、3引腳。若輸出的負載較重或有并聯(lián)的大電容時,輸入端再并接一個1μF以上的大容量電容。輸出接一個0.1μF及22μF電容。


圖4:典型應用


 兩個輸入端IN應焊接在一起(三個OUT端也應焊在一起),這樣可減小連接電阻,以減小損耗,并且可增加散熱面積。
 在應用中,TPS2014的最大工作電流為0.6A,而TPS2015的最大工作電流為1A。工作范圍0℃~+85℃。


圖5:典型應用

 一種能實現(xiàn)電源管理的電路框圖如圖5所示。它由多個限流開關來帶動多個負載電路,由帶微處理器的主電路來控制其它限流開關來實現(xiàn)電源管理。若有負載電路發(fā)生過流或短路情況時,該電路的限流開關的OC端輸出過流信號給微處理器。
 由于它可以根據(jù)整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)使部分電路在一定時間內不工作,可達到節(jié)能的目的。

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