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LTC4414是一種功率P-EFT控制器，主要用于控制電源的通、斷及自動切換，也可用作高端功率開關。該器件主要特點：工作電壓范圍寬，為3.5～36V；電路簡單，外圍元器件少；靜態電流小，典型值為30μA；能驅動大電流P溝道功率MOSFET；有電池反極性保護及外接P-MOSFET的柵極箝位保護；可采用微控制器進行控制或采用手動控制；節省空間的8引腳MSOP封裝；工作溫度范圍-40℃～+125℃。 引腳排列及功能 LTC4414的引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所示。 圖1 LTC4414的引腳排列 基本工作原理 這里通過內部結構框圖及外接元器件組成的電源自動切換電路來說明其工作原理。內部結構框圖及外圍元器件組成的電路如圖2所示。其內部結構是由放大器A1、電壓/電流轉換電路、電源選擇器（可由VIN端或SENSE端給內部電路供電）、模擬控制器、比較器C1、基準電壓源（0.5V）、線性柵極驅動器和柵極電壓箝位保護電路、開漏輸出FET及在CTL內部有3.5μA的下拉電流源等組成。外圍元器件有P溝道功率MOSFET、肖特基二極管D1、上拉電阻RPU、輸入電容CIN及輸出電容COUT。 圖2 LTC4414結構及外圍器件框圖 圖2中有兩個可向負載供電的電源（主電源及輔電源），可以由主電源單獨供電，也可以接上輔電源，根據主、輔電源的電壓由LTC4414控制實現自動切換。這兩種供電情況分別如下。 1 主電源單獨供電 主電源單獨供電時，電流從LTC4414的VIN端輸入到電源選擇器，給內部供電。放大器A1將VIN和VSENSE的差值電壓放大，并經過電壓/電流轉換，輸出與VIN－VSESNSE之值成比例的電流輸入到模擬控制器。當VIN－VSESNE>20mV時，模擬控制器通過線性柵極驅動器及箝位保護電路將GATE端的電壓降到地電平或到柵極箝位電壓（保證-VGS≤8.5V），使外接P-MOSFET導通。與此同時，VSESNE被調節到VSESNE=VIN－20mV，即外接P-MOSFET的VDS=20mV。P-MOSFET的損耗為ILOAD×20mV。在P-MOSFET導通時，模擬控制器給內部FET的柵極送低電平，FET截止，STAT端呈高電平（表示P-MOSFET導通）。 2 加上輔電源 當加上輔電源（如交流適配器）后，如果VSESNE> VIN+20mV，則內部電源選擇器由SENSE端向內部電路供電。模擬控制器使GATE端電壓升高到VSENSE，則P-MOSFET截止，輔電源通過肖特基二極管D1向負載供電。這種電源切換是自動完成的。在輔電源向負載供電時，模擬控制器給內部FET的柵極送高電平，FET導通，STAT端呈低電平（表示輔電源供電）。上拉電阻RPU的阻值要足夠大，使流過FET的電流小于5mA。 在上述兩種供電方式時，CTL端是接地或懸空的。CTL的控制功能將在下面的應用電路介紹。 典型應用電路 1 主、輔電源自動切換電路 圖3是一種減少功耗的主、輔電源自動切換電路，其功能與圖2電路相同，不同之處是用一只輔P-MOSFET（Q2）替代了圖2中的D1，可減少電壓降及損耗。其工作原理與圖2完全相同。 圖3 主、畏電源自動切換電路 2 由微控制器控制的電源切換電路 由微控制器（μC）控制的電源切換電路如圖4所示。此圖中的主、輔P-MOSFET都采用了兩個背對背的P-MOSFET組成，其目的是主電源或輔電源中的P-MOSFET截止時，均不會通過P-MOSFET內部的二極管向負載供電。其缺點是電源要通過兩個P-MOSFET才能向負載供電，損耗增加一倍，并增加成本。 圖4 由微控制器控制的電源切換電路 圖4虛線框中的穩壓二極管（一般取8～10V）連接在輔P-MOSFET的極限-VGSS時，由于穩壓二極管的擊穿電壓<-VGS，穩壓二極管被擊穿使P-MOSFET的-VGS箝位于8～10V，從而進行保護。 主、輔電源的電壓若等于或小于 μC的工作電壓時，主、輔電源可直接連接μC的ADC接口；若主、輔電源的電壓大于μC的工作電壓時，則電源電壓要經過電阻分壓器分壓后才能輸入 μC的ADC（圖4中，主輔電源直接與μC接口）。 μC的I/O口與LTC4414的CTL端連接。當在CTL端施加邏輯低電平時（低于0.35V）時，主電源向負載供電（不管輔電源的電壓高低）；當μC向CTL端施加高電平（高于0.9V）時，則由輔電源向負載供電（也不管其電壓比主電源高還是低）。一旦輔電源供電，主電源可移去。只有當主電源高于輔電源并且在CTL端置低電平時才能使主電源恢復供電。為了在切換的瞬間使輸出電壓變化較小，輸出電容COUT要有足夠的電容量。 這電路切換的過程是：CTL=H時，GATE端的電壓與SENSE端的電壓相等，使主P-MOSFET的-VGS=0而截止；與此同時STAT端為低電平，使輔P-MOSFET的-VGS≈Vout而導通。在實際使用時，主電源往往由電池供電，主電源低閾值電壓（切換電壓）先設定好并存入μC中，μC檢測主要電源的電壓，一旦主電源的電壓低于設定的低閾值電壓，μC向CTL端輸出高電平，則主P-MOSFET截止；STAT端輸出低電平，輔P-MOSFET導通，電源切換成輔電源供電。此時可移去主電源的電池，更換充好電的電池再裝入。μC可檢查主電源的電壓，若VIN>VSENEN超過20mV，μC會自動切換到主電源供電。μC還可以通過I/O口驅動不同顏色的LED，顯示主、輔電源的供電狀態。 3 高端功率開關 圖5 是由LTC4414組成的高端功率開關電路。由CTL端施加邏輯電平來控制P-MOSFET的通、斷。該電路可由μC控制、電路控制或手動控制。CTL=L時，開關導通；CTL=H時，開關關斷。 圖5 高端功率開關 外圍元器件的選擇 LTC4414的主要外圍元器件是P-MOSFET、輸入、輸電容器CIN和COUT。 1 P-MOSFET的選擇 為滿足電路工作的可靠性，要選VDSS>VIN(max)及RDS(on)小的P-MOSFET。在VIN低、ILOAD大時，要保證ID>ILOAD(max)及RDS(on) ×I LOAD(max) ≤20mV。 2 C IN及C OUT的選擇 為保證在電源切換及負載有較大變化時輸出電壓穩定，選擇合適的CIN及COUT很重要。 C IN一般在0.1～10μF范圍內選擇，C OUT在1～47μF范圍內選取。C IN及C OUT可選用多層陶瓷電容器（MLCC），其電容量大小是否合適最好通過實驗來調整。 在使用MLCC電容器時，因其ESR低，自身諧振頻率及Q值高，有可能在AC適配器供電插拔瞬單間生高壓脈沖而損壞LTC4414。因此，凌特公司建議在輸入電容中串聯幾個Ω的電阻以降值Q值以防止瞬態高壓的產生。在實驗過程中可看V IN及S ENSE端的電壓波形來調整電容量及增減串聯在C IN電路中的各電阻值。 應用領域 該器件主要應用于大電流功率通路開關、工業控制及汽車、不間斷電源（UPS）、邏輯電平控制的功率開關和帶有備用電池的應急系統。 |
