LM74912-Q1用作电源开关

LM74912电路设计及开发

LM74912-Q1,此芯片集成过压和短路保护以及故障输出功能的汽车理想二极管。正常的型号如下:LM74912QRGERQ1。

注: Q1的后缀指示此器件满足车规级器件/芯片要求。

一、原理框图

如下为芯片的简单应用框图;

芯片具有以下特性:

1.过压保护;

2.欠压保护;

3.使能控制;

4.睡眠,睡眠模式;

5.电流采样;

6.MOS驱动;

7.外部背靠背MOS,可以防止电流反灌进来;

简单说明工作状态

电流路径说明

1.芯片上电默认状态;电流经过体二极管,VS端已经有电压了;

2.上电芯片开始工作;

上电后,芯片如果状态正常,则Q1被完全打开;此时,电流不再经过体二极管,会减小体二极管上的压降,进而降低功耗;

3.芯片完全正常工作;

芯片上电后以下全部正常,Q2管子完全打开,此时芯片正常工作。

1)EN电压

2)UVLO

3)OV

4)ISCP 电流检测正常;

5)芯片内部没有其他异常。

二、实际应用设计电路

要点:

1. OV引脚过压保护电路

过压保护电路,直接通过分压电阻设计,其分压电阻电压 小于 阈值电压即可保证正常状态,不会触发过压保护;

注:按照典型值计算,后续需要实际搭配电路测试;增加电容滤波,减小震荡的影响。

2. UVLO引脚-欠压锁定电路

欠压锁定 保护电路,直接通过分压电阻设计,其分压电阻电压 大于 阈值电压即可保证正常状态,不会触发欠压保护;

注:按照典型值计算,后续需要实际搭配电路测试;增加电容滤波,减小震荡的影响。

3. EN使能控制;

EN使能可以通过分压电路的设计来进行。但是需要注意以下场景区别,才能更好的使用。

EN阈值电压要求:

EN最大电压要求:

注:有些芯片EN电压,最大输入电压不一定是电源电压。

1)EN直接上拉到输入引脚;

正常可以工作,但是要确保这个电源电压下后面的负载能正常;否则,异常下,EN会因为电源被负载拉低导致无法正常工作。

简单理解,就是A电压是分压后,刚好大于EN阈值电压;但是A电压因为刚好给负载供电,负载较大,A电压被拉低到B电压。B电压分压后,EN电压低于阈值电压。

这个后果可能是电源重新上电,或者重复多次上电,这个一般是不被期待的上电类型。

2)EN通过分压连接到输入引脚;

通过电阻设计的分压,调整使能端的电压值。

当输入电压低于期待值时,芯片不打开;当输入电压高于期待值时,芯片开始工作。

此时这样设计,可以避免 1)中描述的一些问题。

3)MCU引脚控制的EN端

EN引脚连接到直接上电的MCU,来避免出现其他问题。这种设计,可以避免直接上电,因为各种外设导致电源负载太大,进而导致电源不稳。

使用MCU,可以进行多路控制,控制各个电源时序器,来保证负载均衡一点,这种设计会更好。

但是成本也是最高的,所以需要根据自己的产品类型确定。

4. Fault 引脚

此引脚是输出异常的指示信号,这个一定要注意。对于初次使用的设计,这个引脚建议保留LED指示,确保有问题时,可以直观看到异常的存在。

5. VS

VS是输入电源引脚,就是电源VCC,需要加一个电容来滤波以及储能,保证芯片输入电源干净。

6. SW引脚

SW引脚的本质意义是,A引脚通过内部开关,给到SW引脚,本质上是用来检测电池存在的。

所以我们可以使用这个引脚,也可以不使用,直接从VS或者输入端取电都是可以的。

7. CS+、CS-、ICSP

此引脚配合完成输出过流检测功能。

当输出出现短路情况且 CS+ 和 ISCP 两端的电压超过默认短路比较器阈值(典型值为 50mV)时,HGATE 会在 2µs 内被拉至 OUT,以保护HFET。同时,FLT 会置为低电平。一旦检测到短路情况,该器件会锁闭 MOSFET Q2,直到 EN、SLEEP 或 VS 引脚从低电平切换到高电平。

这点一定要注意,就是当系统存在重复上下电情况时,此时可能触发芯片内部保护。

也就是说,可能是重复上下电过程中。EN、OV、UVLO阈值一直重复跳;或者因为电压低,但是有需要满足一定负载,所以输出电压被拉低,被芯片异常判断,导致出现内部错误。
注:错误恢复方式。

通过使用 CS+ 引脚上的外部串联电阻器 RSET 或 ISCP 引脚上的 RISCP,可以相对于 50mV 的默认阈值增加或减小短路保护阈值。RSET 电阻器会增加该阈值,而 RISCP 电阻器会减小该阈值。短路保护阈值的变化可以使用方程式 3 和方程式 4 计算得出。

8. RTN

这个引脚就是用来散热热,但是不要连接到GND焊盘。这个确实比较奇怪,芯片散热,但是不接地。

PCB散热特性表现是:各向异性,PCB横向因为存在铜皮散热强,纵向因为存在介质层,导致散热比较慢。所以这个不接地的话,那么散热应该没有接地好,这个确实奇怪。

高阶应用电路

多个芯片使用,或者多个单独使用场景。

先简单说下MOS单独控制时的弊端。这个MOS管电路使用很常见;

1)一般是较小负载时使用;

2)一般小电压下使用,24V等场景使用很少;

3)只有一个MOS管,如果后级负载之间存在漏电等问题,则存在电流反向灌入的风险;

所以使用集成式的这个期间,控制简单,且比较可靠。

1.双电源输入控制。

2.多路电源控制;

此芯片设计较为简单,实际应用对于MOS管选型控制好基本上就OK,对于系统中出现的问题,要从实际测试考虑,逐渐解决。

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