LTC2921/LTC2922系列電源跟蹤器與輸入監(jiān)視器：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點(diǎn)

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。尤其是在多電源系統(tǒng)中，如何確保各個電源的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，以及實(shí)現(xiàn)電源之間的跟蹤和監(jiān)控，是工程師們面臨的重要挑戰(zhàn)。今天，我們就來深入探討一下Linear Technology Corporation推出的LTC2921/LTC2922系列電源跟蹤器與輸入監(jiān)視器，看看它是如何解決這些問題的。

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一、產(chǎn)品特性

1. 多電源跟蹤與監(jiān)控

LTC2921/LTC2922能夠跟蹤多個電源，并監(jiān)控包括(V_{CC})在內(nèi)的5個輸入電壓。通過外部N溝道MOSFET開關(guān)，它可以控制電源以可調(diào)的速率斜坡上升，確保電源的平穩(wěn)啟動。同時，它還具備自動遠(yuǎn)程感應(yīng)切換功能，能夠補(bǔ)償布線中的串聯(lián)電壓降，提高電源的穩(wěn)定性。

2. 高精度閾值監(jiān)測

該系列產(chǎn)品保證了±1%的閾值精度，特別是在0.5V的監(jiān)測電平上，能夠有效避免誤觸發(fā)。此外，它還具備過壓監(jiān)測功能，當(dāng)輸入電壓超過設(shè)定的過壓閾值時，會及時采取措施保護(hù)系統(tǒng)。

3. 可調(diào)功能

LTC2921/LTC2922具有多種可調(diào)功能，如可調(diào)的電源斜坡速率、電子斷路器和電源良好延遲等。這些功能可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行靈活配置，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。

4. 多種封裝與電源電壓選擇

LTC2921采用16引腳窄SSOP封裝，LTC2922采用20引腳TSSOP封裝，方便不同的應(yīng)用場景。同時，它們支持5V、3.3V和2.5V的(V_{CC})電源電壓，滿足多樣化的電源需求。

二、工作原理

1. 監(jiān)測序列

正常的上電序列包括以下步驟：

• 等待(V{CC})超過欠壓鎖定閾值，并持續(xù)檢查(V{CC})。
• 確認(rèn)斷路器未跳閘，且所有監(jiān)測電源（包括(V_{CC})）處于編程的監(jiān)測和過壓閾值之間。
• 檢查TIMER引腳電壓低于150mV，然后通過對TIMER引腳進(jìn)行斜坡上升來創(chuàng)建延遲。
• 斜坡上升GATE引腳，打開外部N溝道FET，同時將電源斜坡上升到負(fù)載。
• 激活遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)，并等待反饋開關(guān)柵極完全增強(qiáng)。
• 再次等待TIMER周期延遲。
• 釋放PG輸出的下拉，繼續(xù)檢查(V_{CC})、斷路器、輸入電壓和GATE電壓。

2. 中斷事件

有三種事件可以中斷序列，觸發(fā)所有電源的立即斷開、PG信號的下拉和遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)的停用：

• 鎖定：當(dāng)(V{CC})低于欠壓閾值（包括遲滯）時發(fā)生?；謴?fù)鎖定需要足夠的(V{CC})電壓，離開鎖定后，序列從步驟1開始。
• 故障：當(dāng)斷路器跳閘時發(fā)生。從故障中恢復(fù)需要在電流低于跳閘點(diǎn)后，將V1引腳脈沖低于0.5V（標(biāo)稱值）超過150μs。當(dāng)V1返回高電平時，序列從步驟1開始。
• 錯誤：當(dāng)一個或多個監(jiān)測輸入（V1 - V4引腳）或(V_{CC})低于其監(jiān)測閾值，或高于其過壓閾值時發(fā)生。GATE引腳完全斜坡上升后失去電壓也會導(dǎo)致錯誤。錯誤會使序列回到步驟1。

3. 遠(yuǎn)程感應(yīng)反饋開關(guān)

LTC2921/LTC2922的集成N溝道開關(guān)可以自動補(bǔ)償外部負(fù)載控制MOSFET開關(guān)的(R_{DS(ON)})引起的電壓降。通過修改每個電源的正常反饋路徑，當(dāng)負(fù)載控制開關(guān)打開時，遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)也打開，創(chuàng)建主導(dǎo)反饋路徑，從而補(bǔ)償電壓降。

4. 電子斷路器

在(V{CC})和SENSE引腳之間放置一個電阻，當(dāng)電阻兩端的電壓超過50mV持續(xù)1μs時，電子斷路器跳閘。跳閘會導(dǎo)致故障條件，中斷監(jiān)測序列，需要重置斷路器鎖存器。重置可以通過在電流低于跳閘點(diǎn)后將V1引腳拉低超過150μs，或從(V{CC})的欠壓鎖定中恢復(fù)來實(shí)現(xiàn)。

三、應(yīng)用信息

1. 設(shè)置電源監(jiān)測電平

LTC2921/LTC2922系列具有低0.5V監(jiān)測閾值和±1%的高精度。為了精確設(shè)置電源監(jiān)測電平，可以設(shè)計一個精密比例電阻分壓器，將最低有效電源電壓與最大指定監(jiān)測閾值電壓相關(guān)聯(lián)。使用1%或更好公差的電阻來限制由于失配引起的誤差。

2. 選擇外部N溝道MOSFET

GATE引腳驅(qū)動外部N溝道MOSFET的柵極，使其高于(V_{CC})，將電源連接到負(fù)載。LTC2921/LTC2922系列提供的GATE驅(qū)動電壓最適合邏輯電平和亞邏輯電平功率MOSFET。在選擇FET時，需要考慮電流、關(guān)斷速度、導(dǎo)通電阻、柵源電壓規(guī)格等應(yīng)用要求。

3. 設(shè)置GATE斜坡速率

通過在GATE引腳連接外部電容器來控制電源加載到負(fù)載的電壓斜坡速率。在監(jiān)測序列的步驟3中，一個10μA的上拉電流將GATE引腳電容斜坡上升到內(nèi)部電荷泵電壓VPUMP。可以使用公式(C_{GATE}=frac{10 mu A}{Delta V / Delta t})計算實(shí)現(xiàn)給定斜坡速率所需的標(biāo)稱GATE引腳電容。

4. 設(shè)置序列延遲定時器

上電序列包括兩個可編程延遲，由TIMER引腳的電容設(shè)置。第一個延遲在所有監(jiān)測電壓符合閾值、電子斷路器未跳閘且(V{CC})不欠壓時開始。第二個延遲在遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)的柵極完全斜坡上升后開始?？梢允褂霉?C{TIMER }=frac{2 mu A}{1.2 V} cdot t_{DLY})計算定時電容的標(biāo)稱值。

5. 配置PG引腳輸出

LTC2921/LTC2922的PG引腳是一個電源良好指示器。在啟動序列期間和檢測到錯誤時，一個強(qiáng)FET將PG拉低。當(dāng)所有電源滿足監(jiān)測和過壓閾值、斷路器未跳閘、GATE引腳達(dá)到峰值且遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)打開時，一個4μA的電流源從VPUMP將PG拉高?？梢酝ㄟ^添加外部上拉電阻將PG配置為邏輯信號，也可以將其用作外部N溝道MOSFET的柵極驅(qū)動。

6. 集成遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)

LTC2921/LTC2922系列的一個重要特性是一組遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)，用于補(bǔ)償負(fù)載路徑中的電壓降。開關(guān)在GATE引腳完全斜坡上升后的啟動序列中激活，其柵極以標(biāo)稱8V/ms的速率從地斜坡上升到VPUMP。當(dāng)條件指示電源斷開時，開關(guān)在不到10μs內(nèi)關(guān)閉。

四、設(shè)計示例

下面我們通過一個三電源監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計示例，來具體說明如何使用LTC2921/LTC2922系列產(chǎn)品。

1. 設(shè)計要求

• 監(jiān)測5V、3.3V和2.5V三個電源，電壓精度分別為±7.5%。
• 遠(yuǎn)程感應(yīng)所有三個負(fù)載電壓。
• 提供緊密的監(jiān)測電平。
• 使用斷路器功能。
• DC/DC轉(zhuǎn)換器反饋電阻分壓器>100kΩ。
• TIMER延遲為150ms（標(biāo)稱值）。
• GATE斜坡時間為500ms（標(biāo)稱值）。
• 監(jiān)測電阻分壓器電流為10μA（標(biāo)稱值）。

2. 設(shè)計步驟

• 設(shè)置電源監(jiān)測電平：將5V電源連接到(V{CC})引腳，使用內(nèi)部電阻分壓器設(shè)置該監(jiān)測電平。對于3.3V和2.5V電源，分別計算電阻分壓器的(R{A})和(R_{B})值，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)電阻。
• 選擇外部N溝道MOSFET：選擇Vishay Siliconix Si2316DS作為外部N溝道MOSFET，根據(jù)電源電壓和GATE引腳電壓計算其最大導(dǎo)通電阻，并確保其柵源電壓在安全范圍內(nèi)。
• 設(shè)置GATE斜坡速率：根據(jù)公式(C_{GATE}=frac{10 mu A cdot 500 ms}{10.8 V}=0.463 mu F approx 0.47 mu F)，選擇0.47μF的電容來設(shè)置GATE斜坡速率。
• 設(shè)置序列延遲定時器：根據(jù)公式(C_{TIMER }=frac{2 mu A}{1.2 V} cdot 150 ms=0.25 mu F approx 0.22 mu F)，選擇0.22μF的電容來設(shè)置序列延遲。
• 設(shè)置電子斷路器：選擇Vishay Dale WSL1206系列的0.05Ω、1%精度的電阻作為感測電阻，計算斷路器的跳閘電流閾值范圍。
• 配置PG引腳輸出：將PG引腳配置為2.5V負(fù)邏輯復(fù)位信號，選擇4.7kΩ的上拉電阻。
• 設(shè)置遠(yuǎn)程感應(yīng)開關(guān)：選擇(R{X}=100Ω)的電阻，滿足(R{Q(ON)}, R{FB(ON)} ll R{X} llleft(R{Y}+R{Z}right))的要求，確保負(fù)載電壓能夠主導(dǎo)反饋到轉(zhuǎn)換器。

五、總結(jié)

LTC2921/LTC2922系列電源跟蹤器與輸入監(jiān)視器為多電源系統(tǒng)提供了全面的解決方案。它具有高精度的監(jiān)測功能、靈活的可調(diào)特性和豐富的保護(hù)機(jī)制，能夠有效提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過合理的設(shè)計和配置，可以滿足各種不同應(yīng)用場景的需求。在實(shí)際設(shè)計中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用要求，仔細(xì)選擇外部元件，合理設(shè)置參數(shù)，以確保系統(tǒng)的最佳性能。

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