双向过压过流保护器件NCP370的原理及应用

    NCP370过压过流保护器的主要特性如下：
    ◇具有高达+28 V的过压保护功能和低至-28 V的欠压保护功能；
    ◇带有反向充电控制引脚／REV和正向充电控制引脚／DIR；
    ◇具有过流保护和热关断功能；
    ◇内含低RDS(on)N沟道MOS晶体管，RDS(on)典型值为130 mΩ；
    ◇具有过压锁定(OVLO)和欠压锁定(OV-LO)功能；
    ◇具有软启动功能；
    ◇带有报警输出引脚／FLAG；
    ◇符合IEC61000-4-2(4级)标准，普通绝缘电压为8 kV，空气绝缘电压为15 kV；
    ◇采用3×3 mm的TLLGA-12无铅封装，符合RoHS无铅封装要求。
1．2 NCP370的引脚功能
    NCP370采用3 mm×3 mm×0．55 mm LLGA-12无铅封装，图1所示是其引脚排列图，各引脚的功能如下：

    IN：电源输入引脚，应与公共电源进行硬线连接，并应使用1 μF或更大的低ESR陶瓷电容与GND相连，以进行电源滤波；
    GND：接地端；
    RES：预留输入端，不用时可与GND相连；
    Ilim：限流输出端，采用电池为外设供电时，NCP370内部会生成一个带隙电压基准，并以该基准来进行限流，然后通过内部N-MOSFET来达到限流的目的。若在该引脚连接一个容差为1％的电容，则其过流门限的精度最高；
    REV：反向充电控制输入端，需与DIR引脚配合使用。当电池接OUT端时，NCP370内部的N沟道MOS管开启，器件进入反向模式，此时，器件内部的过流保护电路工作。而当NCP370的反向模式失效时，进入OUT端的电流将大幅降低，以避免电池放电。
    DIR：正向模式输入端，需与REV结合起来使用。当墙上适配器AC-DC连接到IN端时，NCP370内部的N沟道MOS管开启，电路进入正向模式。而当该端和REV均为高时，NCP370进入关断模式，此时，输出将与输入断开。但DIR端的状态不会影响到FLAG的故障检测。
    FLAG，故障指示输出端，NCP370也允许通过外部电路来判断故障。当出现输入电压高于OVLO阀值或低于UVLO阀值、电池到外设的充电电流超过门限、或内部温度高于关断电流门限值时，该端置低。由于FLAG端为开漏输出，故应在该端口与Vbat之间加一上拉电阻(最小10 kΩ)。
    OUT：电压输出端，当检测到“无输入故障”时，该引脚会随IN端输出。而当输入电压低于欠压阀值、或高于过压阀值、或有热关断发生时，该输出端会与Vin断开。一般情况下，在反向模式，NCP370将通过OUT端来供电。
    NC：悬空端；
    PAD1：该引脚通常用于给内部MOSFET散热，使用时应将它焊接到独立的PCB区域，且不能有任何潜在的接触。

www.55dianzi.com
    第二种为反向模式，即由系统电池或升压器给外部设备提供电源的充电模式。在这种模式下，外设必须接到NCP370的输入端(系统底部连接器)，而电池则应与其输出端相连。同时，NCP370内部的过流保护电路也会被激活，这样可以防止外设故障和电池放电。另外，NCP370还带有一个反向故障指示输出端(FLAG)，该端口可在故障发生时，用于向系统报警。若在其输入端旁路一个1μF或更大的电容，NCP370还可以进行ESD保护(15 kV的空气放电)。
    在NCP370上电期间，若DIR为低，且REV为高，同时输入电压高于UVLO，那么，其输出电压仍然会持续30 ms的时间。而当输出信号升高后，FLAG信号也会持续30 ms。
    将外设连到IN端，NCP370便可进入反向模式。此时，外设内部的电池可由NCP370的OUT端来供电。在反向模式下，NCP370的REV端必须置低，这样，当外设发生过压、欠压或过流等故障时，NCP370内部的过压、欠压或过流保护电路才会起作用，同时其FLAG也才会向系统发出报警信号。图2所示是NCP370的内部功能框图。

2．1 欠压锁定电路(UVLO)
    NCP370M芯片内部集成有欠压锁定电路，该电路可以确保在任何条件下使AC／DC (或墙上充电适配器)正常开启。在Vin正向上升期间，如果电压低于UVLO阀值，NCP370的输出与输入为断开状态，且FLAG输出置低。应当注意的是：该欠压锁定电路具有60 mV的滞后，可用以提高瞬变干扰。当NCP370工作在反向模式时(REV<=0．55 V，DIR>=1．2 V)，其内部的UVLO和OVLO比较器均不工作。
2．2 过压锁定电路
    NCP370内部的过压锁定电路，可用以防止Vout端系统的过压损坏。一旦NCP370的输入电压高于OVLO阀值，其输出就会失效，且FLAG会输出低电平。该过压锁定电路也有80 mV的滞后，可提高电压瞬变时的抗扰性。另外，NCP370的OVLO阀值还可以手工设置。
2．3 系统电压锁定
    当DIR为低，同时REF也为低时，通过墙上适配器(输入)可为系统(输出)供电，此时，NCP370内部的第二个过压比较器将起作用，但此时其RDS(on)会高些，电流接近10mA。事实上，在测试产品期间(25℃条件下)，其输入电压可以高些(OVLO的典型值为8．27 V)。
2．4 故障报警输出
    NCP370内含一个FLAG报警提示引脚。一旦NCP370检测到输入电压高于OVLO阀值、低于U-VLO阀值或过流、过压等故障，FLAG端就会置低，并通知微控制器采取适当的措施。而当输入电压恢复到正常范围时，FIAG又会在经过一个延迟后置高，随后使Vout恢复输出，其工作时序如图3所示。

    由于FLAG是开漏输出，因此，在电源端必须接一个上拉电阻(最小10 kΩ)。当NCP370的温度过高时，其FLAG会置低，并将输出与输入断开。通过FLAG引脚可以随时反映Vin状态，即使在设备关闭(DIR=0)情况下，也不例外。这样，在反向模式下，微控制器也可以根据其FLAG引脚的状态变化来正确处理过压、过流及热关断等故障。
2．5 DIR输入
    将NCP370的DIR端强制拉低，并将DEV端拉高，NCP370即可进入正向充电状态。而将DIR端置高时，OUT端会与IN端断开，具体的充电状态设置如表1所列。另外，DIR也会受到OVLO或U-VLO故障的影响(FLAG有效)。

3 典型应用
    NCP370具有保护电压下降的功能，通过该功能可使电路免受IN端反向电压的影响。当出现反向电压时，NCP370的输出将与输入端断开。
    图4所示是NCP370的典型应用电路。

    将NCP370的DIR端强制置高(>1．2 V)，且将DEV端置低(<0．55 V)，NCP370便可进入反向供电状态，此时系统内的电源可以向置于底部连接器的外设供电。而NCP370则由电池来供电，范围为2．5～5．5 V，而且此时的OCP和热关断模式同样起作用。
    当外设电阻Rlim上的电流(Ilim)高于Iocp时，流过其内部N沟道MOS管的电流就会受到限制，这样，NCP370就能提供从电池到外设的反向过流保护功能。由于NCP370的内部电阻与Ilim是串联关系，因此，当Ilim引脚直接与GND相连时，其OCP最大，而在它们之间接入Rlim时，其OCP会减小，OCP的取值大小如表2所列。当电流高于OCP时，其内部的NMOS会关断，且／FIAG会置低，同时NCP370会通知微控制器来对故障进行处理，并禁止反向充电模式。

    通过NCP370内部的热关断保护电路，可在温度过高时关断内部MOSFET，从而及时为器件降温。NCP370所允许的最高热关断值为150℃，超过这个温度，FLAG就会置低，并通知MCU。但是，由于NCP370芯片还具有30℃的热滞，因此，只有在温度低于120℃时，其芯片内部的MOSFET才能开启；而在高于120℃时，NCP370会一直处于热关断状态。此后，故障消除，芯片即可恢复正常工作。 NCP370在OUT端内部集成有2个低RDS(on)的N沟道MOS管，可用以实现对OUT端外系统在过压、负向电压及反向电流下的保护。通常，N沟道MOS管的这种RDS(on)特性会在OUT端引入少量损耗。

www.55dianzi.com   NCP370是安森美半导体公司针对便携式应用系统产品最新推出的重要器件，该器件可为手机、数码相机、MP3／4、个人数字助理(PDA)和GPS系统提供28 V的正向及负向过压和过流保护(OVP)。此外，NCP370还提供有“反向”模式，可实现便携式设备电池中反向电流的稳流，故可广泛用于便携式设备底部连接器上FM收发器以及音频和闪光等功能附件电路的供电。

本文关键字：暂无联系方式元器件特点及应用，元器件介绍 - 元器件特点及应用