新型限流開關TPS2014/2015

TPS2014/2015是一種限流開關，串接在電源與負載電路之間，由于采用了導通電阻僅95mΩ的功率MOSFET作開關，損耗極小。當負載電路有過負荷或短路情況發生時，限流開關限制電流輸出，以保證電路的安全，同時輸出過流信號。該限流開關有一個低電平有效的片選端EN，可用作電源管理。
　TPS2014/2015結構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。
內部結構與工作原理
　TPS2014/2015的內部結構如圖1所示，是由N溝道功率MOSFET為開關，加上可檢測電流的FET（CS）、電荷泵電路、驅動器電路、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（開漏結構）電路組成。
　輸入電壓由IN端進入，經過N溝道功率MOSFET開關，由OUT端輸出。該功率MOSFET的導通電阻RDS(ON)小于95mΩ，所以在開關上的損耗功率很小。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生短路時，FET輸出過流信號給電流限制電路，一方面控制驅動器電路來控制功率開關管的柵極，使其工作在線性區域，使開關輸出一個有限的電流；另一方面電流限制電路使開漏MOSFET導通，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（由于開關在負載的上面，一般稱為高端開關），這里采用電荷泵升壓電路來滿足這一要求。

圖1：TPS2014/2015內部結構圖

　當負載電路中連續發生過載或短路時，使開關的溫升上升到180℃閾值溫度，此時過熱保護電路工作將功率開關關斷。若開關溫度冷卻到160℃左右，負載電路故障排除，開關會自動恢復導通，所以這也是一種“自復電子保險絲”。
　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，使驅動電路動作，關斷功率開關。
　當TPS2014/2015的選通端EN被施加低電平（小于0.8V）時，器件被選通，開關導通；當此端施加高電平（大于2V）時，開關關閉。在有多個限流開關的系統中，可以通過微處理器的控制，實現電源管理，可以有效地達到節能的目的。在正常工作時，限流開關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

驅動器電路用來 控制功率MOSFET的柵極電壓來實現通、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。
典型應用電路
　典型應用電路如圖4所示。輸入端需外接一個0.1μF陶瓷電容器作旁路電容，此電容應盡可能接近器件的2、3引腳。若輸出的負載較重或有并聯的大電容時，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：典型應用

　兩個輸入端IN應焊接在一起（三個OUT端也應焊在一起），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：典型應用

　一種能實現電源管理的電路框圖如圖5所示。它由多個限流開關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來實現電源管理。若有負載電路發生過流或短路情況時，該電路的限流開關的OC端輸出過流信號給微處理器。
　由于它可以根據整個系統的工作狀態使部分電路在一定時間內不工作，可達到節能的目的。