如何連接系統(tǒng)保護IC以實現(xiàn)更高電流的應(yīng)用

Maxim的系統(tǒng)保護IC系列提供完整、高度集成的系統(tǒng)保護解決方案，在單個IC中提供高達(dá)60VDC的輸入工作電壓和250mA至6A的輸出電流。雖然該系列中的單個IC可滿足大多數(shù)單板應(yīng)用的需求，但多板系統(tǒng)可能需要超過6A的更高電流。本應(yīng)用筆記通過簡單地將兩個6A IC并聯(lián)在一起來說明更高電流（12A）的應(yīng)用。

介紹

本應(yīng)用筆記介紹了如何將兩個6A保護IC連接在一起以實現(xiàn)12A電流應(yīng)用。它討論了各種設(shè)計考慮因素，并描述了不同工作條件下的測試結(jié)果。MAX14691是一款60V、6A功率限制器，用于說明Maxim的6A系統(tǒng)保護IC系列（MAX14691、MAX14692、MAX14693、MAX17525、MAX17526）的常見性能。MAX14691在整個測試過程中配置為閉鎖限流模式。

設(shè)計注意事項

將兩個或多個保護IC并聯(lián)在一起時，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)考慮IC在不同工作條件下如何共享輸出電流?？紤]IC在以下均流條件下的性能：

正常操作啟動

啟動時初始結(jié)溫高

輸出動態(tài)階躍負(fù)載

輸出動態(tài)階躍負(fù)載至過載條件

輸出短路

集成電路的RDS（ON）最壞情況容差：

處于穩(wěn)定狀態(tài)

在電流限制期間

設(shè)計示例

本例中，將兩個MAX14691評估板（EV kit）并聯(lián)在一起。每個電流限值 （ILIM） 設(shè)置為 5.5A，總共具有 11A 的輸出電流能力。圖1所示為評估板連接。輸入電壓、輸出電壓和每塊評估板的輸出電流在系統(tǒng)工作條件下受到監(jiān)控。我們測試該保護系統(tǒng)，輸入電源電壓為24V，輸出電容為3020μF（每個評估板為10μF，公共輸出為3，000μF）。評估板配置為閉鎖限流模式（CLTS1 = CLTS2 = 0）。

圖1.將兩塊MAX14691評估板與V并聯(lián)在= 24V 和 C外= 3020μF.

均流測試結(jié)果

正常操作

啟動 圖2顯示了正常啟動期間的測試結(jié)果，沒有輸出加載。輸出電流I輸出1和我輸出2可以很好地相互跟蹤，而輸出電壓則以控制良好的方式上升。輸出電壓斜坡速率與總輸出電流成正比，與輸出電容成反比，如下所示：

換句話說，從0V到24V線性斜坡需要6.6ms。

圖2.正常啟動期間的均流。

以高初始結(jié)溫

啟動 在啟動過程中，由于V之間的電壓差，IC中的功耗很大在和 V外，乘以浪涌電流。因此，預(yù)計IC內(nèi)的溫度會很高。MAX14691具有熱控限流折返功能，可將管芯溫度保持在安全的工作限值內(nèi)。

為了演示這種限流折返功能，我們多次在啟動階段重復(fù)循環(huán)評估板。每次啟動后，IC結(jié)溫上升到更高的值。圖3顯示了初始結(jié)溫較高的啟動，其中熱控制的限流折返功能降低了電流限值，以將內(nèi)部溫度保持在+145°C閾值。隨著輸出電壓的升高，功耗下降，電流限值恢復(fù)到滿電平，直到輸出電容充電至V在。

圖3.當(dāng)IC的初始結(jié)溫較高時，啟動期間均流，顯示熱折返功能在起作用。

熱控限流折返功能對于在不利的工作條件下保護IC及其保護的設(shè)備非常有用，例如由于系統(tǒng)風(fēng)扇故障，風(fēng)扇入口/出口堵塞或房間空調(diào)故障而導(dǎo)致的意外高環(huán)境溫度。

輸出動態(tài)階躍負(fù)載圖4顯示了輸出電流負(fù)載

從0A步進(jìn)到10.5A時的測試結(jié)果。輸出電流I輸出1和我輸出2在這種情況下，彼此跟蹤也非常好，每個共享5.25A或一半的負(fù)載電流。

圖4.0至10.5A階躍負(fù)載期間均流。

輸出動態(tài)階躍負(fù)載至過載條件

圖5顯示了0A至11.5A輸出電流步進(jìn)（阻性模式）導(dǎo)致過載情況時的測試結(jié)果。再一次，我輸出1和我輸出2在這種情況下，可以很好地相互跟蹤。請注意，限流環(huán)路的帶寬有限，導(dǎo)致初始過沖為I輸出1和我輸出2然后很好地穩(wěn)定回每個5.5A的電流限制水平，總計11A。由于11.5A的負(fù)載階躍需要比設(shè)定限值更高的電流，因此輸出電壓會下降一點。在 24ms 消隱時間之后，器件關(guān)閉、閉鎖并斷位故障標(biāo)志。除閉鎖外，過流響應(yīng)類型的其他選擇還包括自動重試和連續(xù)模式，用戶可通過 CLTS1 和 CLTS2 引腳進(jìn)行選擇。

圖5.階躍負(fù)載進(jìn)入過載狀態(tài) （11.6A） 期間均流。

要分析在這種阻性過載條件下發(fā)生的輸出電壓驟降，請使用以下公式。

在 24V 和 11.5A 輸出下，輸出阻性負(fù)載計算如下：

在設(shè)定電流限值為11A時，輸出電壓驟降計算公式為：

輸出短路

當(dāng)發(fā)生輸出短路時，輸出電流再次分配得非常好，如圖6測試結(jié)果所示。值得注意的是，在輸出短路期間，限流FET的功耗非常高（功耗= ［V在– V外］ x I限制）。同樣，熱控制的限流折返功能激活并降低限流電平，以將 IC 溫度保持在安全限值內(nèi)。在24ms消隱時間之后，IC就像在過載條件下一樣關(guān)斷。

圖6.輸出短路期間的均流。

RDS（開） 最壞情況容差 最后，讓我們檢查IC的電流共享程度，考慮最壞情況RDS（ON）寬容。如MAX14691數(shù)據(jù)資料所示，內(nèi)部FET的RDS（ON）是31m嗎？（典型值）和42m？（最大值）。Maxim的6西格瑪標(biāo)準(zhǔn)實踐表明，該R的標(biāo)準(zhǔn)差DS（ON）是1.83m？，99.7%的IC將有他們的RDS（ON）落在25.5米以內(nèi)？和36.5米？，還是11米？最壞情況容忍度傳播。

為了模擬這種最壞的情況，我們特意增加了外部電阻（R內(nèi)線） 到其中一個評估套件的電源路徑。表1顯示了電源路徑中總電阻值的組成。用于反向電壓/電流保護的外部pFET在兩份評估板上保持相同。

表 1.電源路徑電阻

電源路徑電阻（m？評估板1評估板2

RDS（ON）MAX14691 （米？3031

RDS（ON）外部場效應(yīng)晶體管（m？1010

R內(nèi)線（米？010

總計（米？R1 = 40R2 = 51

RDS（ON）最差情況容差 - 穩(wěn)態(tài)條件 穩(wěn)態(tài)條件下的均流性能非常簡單;它類似于兩個并聯(lián)電阻，其中電阻是每個評估板的總功率路徑電阻。均流與電阻成反比，遵守歐姆定律：

通過數(shù)學(xué)計算，我們發(fā)現(xiàn)：

和

圖 7 顯示了 I 的測試結(jié)果外設(shè)置為 10A：

和

圖7.考慮R的均流性能DS（ON）最差情況容差 - 穩(wěn)態(tài)條件。

RDS（ON）最差情況容差—在電流限制期間

現(xiàn)在我們對系統(tǒng)施加動態(tài)負(fù)載。圖8顯示了負(fù)載電流從9A到11.5A的測試結(jié)果。11.5A（過載）周期小于24ms消隱時間。

圖8.考慮R的均流性能DS（ON）最差情況容差—施加9A至11.5A（過載）的階躍負(fù)載小于24ms的消隱時間。

均流性能分為兩部分，每部分由兩個不同的電路控制。第一部分是在輸出負(fù)載小于電流限值（本例中為9A）期間。內(nèi)部FET完全導(dǎo)通，電源路徑電阻決定了均流性能，如上面的穩(wěn)態(tài)部分所示。第二部分是在輸出負(fù)載大于電流限值（11.5A部分）期間。限流電路在此期間激活，其精度在數(shù)據(jù)手冊中指定為限流精度（I林 ACC），即±10%。由于過載條件小于24ms消隱時間，IC不會關(guān)斷，當(dāng)負(fù)載電流降至限流門限以下時恢復(fù)正常工作。

圖9顯示了類似測試的結(jié)果，但這次過載條件持續(xù)時間超過24ms消隱時間。輸出在 24ms 消隱時間后關(guān)斷。

圖9.考慮ICR的均流性能DS（ON）最壞情況容差。施加11.5A（過載）的階躍負(fù)載大于24ms的消隱時間。

總結(jié)

我們研究了MAX14691在啟動、穩(wěn)態(tài)、動態(tài)負(fù)載和故障負(fù)載等各種工作條件下的均流能力，該器件配置為閉鎖限流模式。我們還考慮了溫度和IC最壞情況R的影響。DS（ON）失 配。

在穩(wěn)態(tài)下，均流精度取決于系統(tǒng)的總功率路徑電阻，其由 RDS（ON）IC的內(nèi)部FET和RDS（ON）外部反向阻斷 pFET。在這種情況下，均流就像兩個并聯(lián)的電阻，遵循歐姆定律。

在限流條件下，器件共享電流，即使 RDS（ON）不平衡。均流精度遵循限流精度（I林 ACC），數(shù)據(jù)資料中規(guī)定，MAX14691為±10%。MAX17526是該系列的較新成員，具有更好的限流精度，±6%。

MAX14691是Maxim的6A系統(tǒng)保護IC系列的典范，可以很好地共享電流。要為需要高于6A負(fù)載電流的系統(tǒng)提供系統(tǒng)保護，只需并聯(lián)其中兩個即可。并聯(lián)時，將IC配置為閉鎖限流模式。在其他模式（自動重試模式或連續(xù)模式）下，當(dāng)前故障后啟動可能不會成功，因為由于設(shè)備之間可能存在時序不匹配，啟動時間不同步。

審核編輯：郭婷