采用小外形DFN封装的电子电路断路器免除了检测电阻器

引言

一直以来，电子电路断路器（ECB）都是由一个MOSFET、一个MOSFET控制器和一个电流检测电阻器所组成的。LTC4213是一款新型电子电路断路器，它通过采用外部MOSFET的RDS(ON) 而取消了检测电阻器。这样做的结果是实现了一个简单、小巧的解决方案，可在低工作负载电压条件下显著地降低插入损耗。LTC4213 具有两种针对变动负载条件的电路断路响应，以及三种可选跳变门限和一个用于外部N沟道MOSFET开关的高侧驱动器。

过流保护

SENSEP和SENSEN引脚通过外部MOSFET的RDS(ON) 来监视负载电流，并用作至两个内部比较器（即SLOWCOMP和FASTCOMP，其跳变点分别为VCB和VCB(FAST)）的输入。当一个过流故障在MOSFET两端引发实质性的压降时，电路断路器将跳变。一个超过VCB/ RDS(ON) 的过载电流将导致SLOWCOMP 在一个16μs延迟之后使电路断路器跳变。如果发生严重的过载或短路电流超过VCB(FAST)/ RDS(ON)，则FASTCOMP将在1μs时间里使电路断路器跳变，从而对MOSFET和负载提供保护。

当电路断路器跳变时，GATE引脚电压将立即被拉低，以使负载与电源断接。如欲从电路断路器故障状态复位，则必须把ON引脚电压拉至0.4V以下并维持至少80μs的时间，或者必须将V_CC偏压拉至1.97V以下并持续至少80μs的时间。两个比较器均具有一个从地电位至V_CC + 0.2V的共模输入电压范围。这使得电路断路器即使在负载电源电压骤降的严重输出短路条件下也能够正常运作。

灵活的过流设置

LTC4213具有一个ISEL引脚，用于在下面三种过流设置中选择其一：
ISEL引脚电压处于GND电位，V_CB = 25mV和V_CB(FAST) = 100mV
ISEL引脚被置于开路状态，V_CB = 50mV和V_CB(FAST) = 175mV
ISEL引脚电压处于V_CC，V_CB = 100mV和V_CB(FAST) = 325mV

可以使 ISEL 引脚动态步进，例如：在启动时可设定一个较高的过流门限，而在电源电流稳定下来之后则可选择一个较低的门限。

过压保护

LTC4213能够提供高于偏置电源电压的负载过压保护（OVP）。当V_SENSEP＞ V_CC + 0.7V 的持续时间超过65μs时，一个内部OVP电路将启动，而且GATE引脚被拉至低电平，并关断外部MOSFET。该OVP电路可保护系统免遭错误插入事件（此时VIN负载电源电压远远高于V_CC偏置电压）的损坏。对于任何持续很久的过压条件，OVP电路还能够切断负载与电源的连接。65μs延迟用于防止OVP电路因为快速瞬态噪声的缘故而被触发。然而，如果快速过压尖峰会对系统造成威胁，则应安装一个外部输入旁路电容器和/或瞬变抑制器。

典型的电子电路断路器（ECB）应用

图1示出了LTC4213在双电源ECB中的应用。建议采用一个输入旁路电容器，以防止在V_IN电源上电或ECB对过流条件做出响应时出现瞬态尖峰。图2示出了一个标准的上电序列。一旦V_CC引脚电压高于内部欠压闭锁门限且 ON引脚电压升至0.8V以上，则LTC4213将退出复位模式（见图2中的线迹1）。在一个60μs的内部防反跳周期之后，由一个内部100μA电流源对GATE引脚电容进行始自地电位的充电（见线迹2）。随着GATE引脚和MOSFET栅极充电操作的进行，外部MOSFET将在V_GATE 超过MOSFET的门限时接通。当V_GATE超过ΔV_GSARM（在该电压条件下，外部MOSFET被认为得到了全面的强化，而且RDS(ON)被最大限度地减小了）时，电路断路器进入待命状态。接着，在电路断路器进入待命状态且READY引脚电压走高之后50μs（见线迹3），V_IN电源开始上电。为了防止发生上电故障，VIN电源电压应以一个能够将涌入电流维持在ECB跳变电平之下的斜坡速率上升。线迹4示出了V_IN电源上电期间的VOUT波形。栅极电压最终将达到ΔV_GSMAX + V_SENSEN的峰值。MOSFET栅极过驱动电压为ΔV_GSMAX （高于ΔV_GSARM）。这确保了外部MOSFET得到了全面的强化，而且RDS(ON) 被进一步地减小了。应选择在V_GS和ΔV_GSMAX条件下的所需RDS(ON)大致相等的MOSFET。当栅极过驱动电压超过ΔV_GSARM时，LTC4213将监视负载电流。

图1：LTC4213在电子电路断路器中的应用

图2：标准的上电序列

典型的热插拔应用

图3示出了单电源热插拔应用中的LTC4213，这里，可在热插拔操作结束之前将负载保持于停机模式中。在热插拔应用中应避免使用大输入旁路电容器，因为它们会引起很大的涌入电流。应改用瞬变电压抑制器，以进行限幅并提供针对快速瞬变尖峰的保护。

图3：热插拔应用中的LTC4213

在该应用中，背板在RESET信号被维持于低电平的条件下起动。当PCB上的长印制线形成连接时，由肖特基二极管D1将ON引脚电压保持在0.4V以下。这使LTC4213处于复位模式。VIN电源在短印制线形成连接时被连接至板卡。通过R1 – C1滤波器来给V_CC引脚施加偏压，并由R5来对V_OUT进行预充电。为了实现成功的上电操作，R5电阻器应提供足够的初始启动电流，以用于停机负载电路以及SENSEN引脚上的280μA吸收电流源。另一方面，R5电阻器的阻值应能够对板卡插拔期间以及故障条件下的负载浪涌电流加以限制。当 RESET在背板上发出一个高电平指示信号时，ON引脚上的电容器C2将通过R3/R2阻性分压器来充电。当ON引脚电压超过0.8V时，GATE引脚电压将斜坡上升。GATE电压最终达到峰值，而且外部MOSFET完全导通，以减小V_IN和VOUT之间的压降。当栅极过驱动电压超过 ΔV_GSARM 时，LTC4213将监视负载电流。

结论

LTC4213是一款采用小型封装的无检测电阻器（No RSENSE）型电子电路断路器，具有低MOSFET插入损耗，堪称低电压应用的理想选择。它包括可选双电流级和双响应时间电路断路器功能。该电路断路器具有很宽的工作输入共模电压范围（从地电位至V_CC）。