雙向過(guò)壓過(guò)流保護(hù)器件NCP370 的原理及應(yīng)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(guò)器件的邏輯引腳來(lái)進(jìn)行設(shè)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(hù)電壓和反向保護(hù)電壓分別可達(dá)+28 V和-28 V。而且當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓超過(guò)過(guò)壓閥值(OV-LO)或低于欠壓閥值(UVLO)時(shí)，墻上適配器(或AC／DC充電器)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。通常在NCP370上電期間，如Vin超過(guò)欠壓閥值，Vout會(huì)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(shè)備提供電源的充電模式。在這種模式下，外設(shè)必須接到NCP370的輸入端(系統(tǒng)底部連接器)，而電池則應(yīng)與其輸出端相連。同時(shí)，NCP370內(nèi)部的過(guò)流保護(hù)電路也會(huì)被激活，這樣可以防止外設(shè)故障和電池放電。另外，NCP370還帶有一個(gè)反向故障指示輸出端(FLAG)，該端口可在故障發(fā)生時(shí)，用于向系統(tǒng)報(bào)警。若在其輸入端旁路一個(gè)1μF或更大的電容，NCP370還可以進(jìn)行ESD保護(hù)(15 kV的空氣放電)。
在NCP370上電期間，若DIR為低，且REV為高，同時(shí)輸入電壓高于UVLO，那么，其輸出電壓仍然會(huì)持續(xù)30 ms的時(shí)間。而當(dāng)輸出信號(hào)升高后，F(xiàn)LAG信號(hào)也會(huì)持續(xù)30 ms。
將外設(shè)連到IN端，NCP370便可進(jìn)入反向模式。此時(shí)，外設(shè)內(nèi)部的電池可由NCP370的OUT端來(lái)供電。在反向模式下，NCP370的REV端必須置低，這樣，當(dāng)外設(shè)發(fā)生過(guò)壓、欠壓或過(guò)流等故障時(shí)，NCP370內(nèi)部的過(guò)壓、欠壓或過(guò)流保護(hù)電路才會(huì)起作用，同時(shí)其FLAG也才會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖2所示是NCP370的內(nèi)部功能框圖。

2．1 欠壓鎖定電路(UVLO)
NCP370M芯片內(nèi)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(kāi)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(kāi)狀態(tài)，且FLAG輸出置低。應(yīng)當(dāng)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(dāng)NCP370工作在反向模式時(shí)(REV=0．55 V，DIR>=1．2 V)，其內(nèi)部的UVLO和OVLO比較器均不工作。
2．2 過(guò)壓鎖定電路
NCP370內(nèi)部的過(guò)壓鎖定電路，可用以防止Vout端系統(tǒng)的過(guò)壓損壞。一旦NCP370的輸入電壓高于OVLO閥值，其輸出就會(huì)失效，且FLAG會(huì)輸出低電平。該過(guò)壓鎖定電路也有80 mV的滯后，可提高電壓瞬變時(shí)的抗擾性。另外，NCP370的OVLO閥值還可以手工設(shè)置。
2．3 系統(tǒng)電壓鎖定
當(dāng)DIR為低，同時(shí)REF也為低時(shí)，通過(guò)墻上適配器(輸入)可為系統(tǒng)(輸出)供電，此時(shí)，NCP370內(nèi)部的第二個(gè)過(guò)壓比較器將起作用，但此時(shí)其RDS(on)會(huì)高些，電流接近10mA。事實(shí)上，在測(cè)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(bào)警輸出
NCP370內(nèi)含一個(gè)FLAG報(bào)警提示引腳。一旦NCP370檢測(cè)到輸入電壓高于OVLO閥值、低于U-VLO閥值或過(guò)流、過(guò)壓等故障，F(xiàn)LAG端就會(huì)置低，并通知微控制器采取適當(dāng)?shù)拇胧?。而?dāng)輸入電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí)，F(xiàn)IAG又會(huì)在經(jīng)過(guò)一個(gè)延遲后置高，隨后使Vout恢復(fù)輸出，其工作時(shí)序如圖3所示。

由于FLAG是開(kāi)漏輸出，因此，在電源端必須接一個(gè)上拉電阻(最小10 kΩ)。當(dāng)NCP370的溫度過(guò)高時(shí)，其FLAG會(huì)置低，并將輸出與輸入斷開(kāi)。通過(guò)FLAG引腳可以隨時(shí)反映Vin狀態(tài)，即使在設(shè)備關(guān)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(lái)正確處理過(guò)壓、過(guò)流及熱關(guān)斷等故障。