新型限流開關(guān)TPS2014/2015

TPS2014/2015是一種限流開關(guān)，串接在電源與負載電路之間，由于采用了導(dǎo)通電阻僅95mΩ的功率MOSFET作開關(guān)，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(guān)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(guān)有一個低電平有效的片選端EN，可用作電源管理。
　TPS2014/2015結(jié)構(gòu)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(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理
　TPS2014/2015的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，是由N溝道功率MOSFET為開關(guān)，加上可檢測電流的FET（CS）、電荷泵電路、驅(qū)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(jié)構(gòu)）電路組成。
　輸入電壓由IN端進入，經(jīng)過N溝道功率MOSFET開關(guān)，由OUT端輸出。該功率MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(ON)小于95mΩ，所以在開關(guān)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(qū)動器電路來控制功率開關(guān)管的柵極，使其工作在線性區(qū)域，使開關(guān)輸出一個有限的電流；另一方面電流限制電路使開漏MOSFET導(dǎo)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(guān)在負載的上面，一般稱為高端開關(guān)），這里采用電荷泵升壓電路來滿足這一要求。

圖1：TPS2014/2015內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　當負載電路中連續(xù)發(fā)生過載或短路時，使開關(guān)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(guān)關(guān)斷。若開關(guān)溫度冷卻到160℃左右，負載電路故障排除，開關(guān)會自動恢復(fù)導(dǎo)通，所以這也是一種“自復(fù)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(qū)動電路動作，關(guān)斷功率開關(guān)。
　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(guān)導(dǎo)通；當此端施加高電平（大于2V）時，開關(guān)關(guān)閉。在有多個限流開關(guān)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(guān)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(qū)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(chǎn)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(yīng)用電路
　典型應(yīng)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(yīng)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(yīng)用

　兩個輸入端IN應(yīng)焊接在一起（三個OUT端也應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(guān)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(guān)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(guān)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(nèi)不工作，可達到節(jié)能的目的。