新型限流开关TPS2014/2015

TPS2014/2015是一种限流开关，串接在电源与负载电路之间，由于采用了导通电阻仅95mΩ的功率MOSFET作开关，损耗极小。当负载电路有过负荷或短路情况发生时，限流开关限制电流输出，以保证电路的安全，同时输出过流信号。该限流开关有一个低电平有效的片选端EN，可用作电源管理。
　TPS2014/2015结构与工作原理完全相同，仅输出的限制电流不同。TPS2014在短路时输出的限制电流典型值为1.2A，而TPS2015的典型值为2A。
内部结构与工作原理
　TPS2014/2015的内部结构如图1所示，是由N沟道功率MOSFET为开关，加上可检测电流的FET（CS）、电荷泵电路、驱动器电路、电流限制电路、过热保护电路、低压锁存电路及过流信号输出（开漏结构）电路组成。
　输入电压由IN端进入，经过N沟道功率MOSFET开关，由OUT端输出。该功率MOSFET的导通电阻RDS(ON)小于95mΩ，所以在开关上的损耗功率很小。该功率MOSFET中还有一个可检测电流的FET，比传统检测电流的敏感电阻要好得多，在电流通路中，它不会增加阻值。若流过负载的电流超过一定值或发生短路时，FET输出过流信号给电流限制电路，一方面控制驱动器电路来控制功率开关管的栅极，使其工作在线性区域，使开关输出一个有限的电流；另一方面电流限制电路使开漏MOSFET导通，当外接上拉电阻时，漏极输出低电平（表示过流或短路）。
　　为保证N沟道功率MOSFET正常工作，要使栅极的电压大于源极电压（由于开关在负载的上面，一般称为高端开关），这里采用电荷泵升压电路来满足这一要求。

图1：TPS2014/2015内部结构图

　当负载电路中连续发生过载或短路时，使开关的温升上升到180℃阈值温度，此时过热保护电路工作将功率开关关断。若开关温度冷却到160℃左右，负载电路故障排除，开关会自动恢复导通，所以这也是一种“自复电子保险丝”。
　在TPS2014/2015中还有一个低压锁存电路，当输入电压低于3.2V时，此电路输出低压信号，使驱动电路动作，关断功率开关。
　当TPS2014/2015的选通端EN被施加低电平（小于0.8V）时，器件被选通，开关导通；当此端施加高电平（大于2V）时，开关关闭。在有多个限流开关的系统中，可以通过微处理器的控制，实现电源管理，可以有效地达到节能的目的。在正常工作时，限流开关工作电流的典型值为73μA，而在未选通时，其典型耗电为0.015μA，更重要的是可以让一部分负载电路停止工作。

图2：TPS2014/2015电压上升曲线图

驱动器电路用来 控制功率MOSFET的栅极电压来实现通、断，但在通断时控制其上升及下降的时间，由一般的通、断上升时间及下降时间的微秒或纳秒级延长到2～4毫秒，使输出电压成斜坡上升或下降，可达到“慢启动”的目的，可减小输出电流的波动及EMI的产生，如图2所示。上升时间t1约为2ms，传播延迟时间t2约为4ms。
封装与管脚排列
　TPS2014及TPS2015有两种封装：8引脚SO封装及8引脚DIP封装。SO封装型号的后缀为D，而DIP封装的后缀则为P。管脚排列如图3所示。

图3：TPS2014/2015管脚图

　IN为输入端，输入电压范围为4.0V～5.5V；OUT为输出端；OC为过流信号输出端（开漏输出）；EN为片选端，低电平有效；GND为地。
典型应用电路
　典型应用电路如图4所示。输入端需外接一个0.1μF陶瓷电容器作旁路电容，此电容应尽可能接近器件的2、3引脚。若输出的负载较重或有并联的大电容时，输入端再并接一个1μF以上的大容量电容。输出接一个0.1μF及22μF电容。

图4：典型应用

　两个输入端IN应焊接在一起（三个OUT端也应焊在一起），这样可减小连接电阻，以减小损耗，并且可增加散热面积。
　在应用中，TPS2014的最大工作电流为0.6A，而TPS2015的最大工作电流为1A。工作范围0℃～+85℃。

图5：典型应用

　一种能实现电源管理的电路框图如图5所示。它由多个限流开关来带动多个负载电路，由带微处理器的主电路来控制其它限流开关来实现电源管理。若有负载电路发生过流或短路情况时，该电路的限流开关的OC端输出过流信号给微处理器。
　由于它可以根据整个系统的工作状态使部分电路在一定时间内不工作，可达到节能的目的。