- NCP370的特點功能
- NCP370的工作原理
- NCP370的典型應(yīng)用
引言
NCP370是安森美半導(dǎo)體(0N Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有過壓、過流保護及反向控制功能的集成雙向保護器件。該器件可以提供高達+28V的正向保護和低至-28 V的負向保護功能，從而提高對便攜設(shè)備前端的保護。NCP370采用了創(chuàng)新架構(gòu)，可在器件內(nèi)部為連接在底部連接器并以鋰離子電池供電的外部附件提供OCP保護，而無需使用外部OCP器件。另外，NCP370還集成有低導(dǎo)通阻抗(Ron)的N溝道MOSFET，可有效支持便攜設(shè)備中的鋰離子電池所要求的1．3 A的直接充電電流，并可進一步降低系統(tǒng)成本。
1 NCP370的特點功能
1．1 NCP370的主要特點
NCP370是一種雙向保護器件，通過該器件所提供的“反向”模式，可對便攜設(shè)備電池的反向電流進行穩(wěn)流，并可為連接在便攜設(shè)備底部連接器上的FM收發(fā)器、音頻或閃光等外部設(shè)備進行供電。因此，NCP370可為手機、數(shù)碼相機、MP3／4、個人數(shù)字助理(PDA)和GPS系統(tǒng)提供正向及負向(+／-)過壓保護(OVP)，并為調(diào)頻(FM)收發(fā)器、負載揚聲器／蜂鳴器和閃光模塊等便攜附件提供過流保護(OCP)。
NCP370過壓過流保護器的主要特性如下：
◇具有高達+28 V的過壓保護功能和低至-28 V的欠壓保護功能；
◇帶有反向充電控制引腳／REV和正向充電控制引腳／DIR；
◇具有過流保護和熱關(guān)斷功能；
◇內(nèi)含低RDS(on)N溝道MOS晶體管，RDS(on)典型值為130 mΩ；
◇具有過壓鎖定(OVLO)和欠壓鎖定(OV-LO)功能；
◇具有軟啟動功能；
◇帶有報警輸出引腳／FLAG；
◇符合IEC61000-4-2(4級)標準，普通絕緣電壓為8 kV，空氣絕緣電壓為15 kV；
◇采用3×3 mm的TLLGA-12無鉛封裝，符合RoHS無鉛封裝要求。
1．2 NCP370的引腳功能
NCP370采用3 mm×3 mm×0．55 mm LLGA-12無鉛封裝，圖1所示是其引腳排列圖，各引腳的功能如下：
IN：電源輸入引腳，應(yīng)與公共電源進行硬線連接，并應(yīng)使用1 μF或更大的低ESR陶瓷電容與GND相連，以進行電源濾波；
GND：接地端；
RES：預(yù)留輸入端，不用時可與GND相連；
Ilim：限流輸出端，采用電池為外設(shè)供電時，NCP370內(nèi)部會生成一個帶隙電壓基準，并以該基準來進行限流，然后通過內(nèi)部N-MOSFET來達到限流的目的。若在該引腳連接一個容差為1％的電容，則其過流門限的精度最高；
REV：反向充電控制輸入端，需與DIR引腳配合使用。當電池接OUT端時，NCP370內(nèi)部的N溝道MOS管開啟，器件進入反向模式，此時，器件內(nèi)部的過流保護電路工作。而當NCP370的反向模式失效時，進入OUT端的電流將大幅降低，以避免電池放電。
DIR：正向模式輸入端，需與REV結(jié)合起來使用。當墻上適配器AC-DC連接到IN端時，NCP370內(nèi)部的N溝道MOS管開啟，電路進入正向模式。而當該端和REV均為高時，NCP370進入關(guān)斷模式，此時，輸出將與輸入斷開。但DIR端的狀態(tài)不會影響到FLAG的故障檢測。
FLAG，故障指示輸出端，NCP370也允許通過外部電路來判斷故障。當出現(xiàn)輸入電壓高于OVLO閥值或低于UVLO閥值、電池到外設(shè)的充電電流超過門限、或內(nèi)部溫度高于關(guān)斷電流門限值時，該端置低。由于FLAG端為開漏輸出，故應(yīng)在該端口與Vbat之間加一上拉電阻(最小10 kΩ)。
OUT：電壓輸出端，當檢測到“無輸入故障”時，該引腳會隨IN端輸出。而當輸入電壓低于欠壓閥值、或高于過壓閥值、或有熱關(guān)斷發(fā)生時，該輸出端會與Vin斷開。一般情況下，在反向模式，NCP370將通過OUT端來供電。
NC：懸空端；
PAD1：該引腳通常用于給內(nèi)部MOSFET散熱，使用時應(yīng)將它焊接到獨立的PCB區(qū)域，且不能有任何潛在的接觸。
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(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(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，NCP370內(nèi)部的過流保護電路也會被激活，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(shè)連到IN端，NCP370便可進入反向模式。此時，外設(shè)內(nèi)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(shè)發(fā)生過壓、欠壓或過流等故障時，NCP370內(nèi)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(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(yīng)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(nèi)部的UVLO和OVLO比較器均不工作。
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2．2 過壓鎖定電路
NCP370內(nèi)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(shè)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(nèi)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(nèi)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６斴斎腚妷夯謴?fù)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(fù)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(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)變化來正確處理過壓、過流及熱關(guān)斷等故障。
2．5 DIR輸入
將NCP370的DIR端強制拉低，并將DEV端拉高，NCP370即可進入正向充電狀態(tài)。而將DIR端置高時，OUT端會與IN端斷開，具體的充電狀態(tài)設(shè)置如表1所列。另外，DIR也會受到OVLO或U-VLO故障的影響(FLAG有效)。
3 典型應(yīng)用
NCP370具有保護電壓下降的功能，通過該功能可使電路免受IN端反向電壓的影響。當出現(xiàn)反向電壓時，NCP370的輸出將與輸入端斷開。
圖4所示是NCP370的典型應(yīng)用電路。
將NCP370的DIR端強制置高(>1．2 V)，且將DEV端置低(<0．55 V)，NCP370便可進入反向供電狀態(tài)，此時系統(tǒng)內(nèi)的電源可以向置于底部連接器的外設(shè)供電。而NCP370則由電池來供電，范圍為2．5～5．5 V，而且此時的OCP和熱關(guān)斷模式同樣起作用。
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當外設(shè)電阻Rlim上的電流(Ilim)高于Iocp時，流過其內(nèi)部N溝道MOS管的電流就會受到限制，這樣，NCP370就能提供從電池到外設(shè)的反向過流保護功能。由于NCP370的內(nèi)部電阻與Ilim是串聯(lián)關(guān)系，因此，當Ilim引腳直接與GND相連時，其OCP最大，而在它們之間接入Rlim時，其OCP會減小，OCP的取值大小如表2所列。當電流高于OCP時，其內(nèi)部的NMOS會關(guān)斷，且／FIAG會置低，同時NCP370會通知微控制器來對故障進行處理，并禁止反向充電模式。
通過NCP370內(nèi)部的熱關(guān)斷保護電路，可在溫度過高時關(guān)斷內(nèi)部MOSFET，從而及時為器件降溫。NCP370所允許的最高熱關(guān)斷值為150℃，超過這個溫度，F(xiàn)LAG就會置低，并通知MCU。但是，由于NCP370芯片還具有30℃的熱滯，因此，只有在溫度低于120℃時，其芯片內(nèi)部的MOSFET才能開啟；而在高于120℃時，NCP370會一直處于熱關(guān)斷狀態(tài)。此后，故障消除，芯片即可恢復(fù)正常工作。 NCP370在OUT端內(nèi)部集成有2個低RDS(on)的N溝道MOS管，可用以實現(xiàn)對OUT端外系統(tǒng)在過壓、負向電壓及反向電流下的保護。通常，N溝道MOS管的這種RDS(on)特性會在OUT端引入少量損耗。
4 結(jié)束語
NCP370是安森美半導(dǎo)體公司針對便攜式應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品最新推出的重要器件，該器件可為手機、數(shù)碼相機、MP3／4、個人數(shù)字助理(PDA)和GPS系統(tǒng)提供28 V的正向及負向過壓和過流保護(OVP)。此外，NCP370還提供有“反向”模式，可實現(xiàn)便攜式設(shè)備電池中反向電流的穩(wěn)流，故可廣泛用于便攜式設(shè)備底部連接器上FM收發(fā)器以及音頻和閃光等功能附件電路的供電。
