双电源切换应用电路.doc

_功率P-FET控制器LTC4414 LTC4414是一种功率P-EFT控制器，主要用于控制电源的通、断及自动切换，也可用作高端功率开关。该器件主要特点：工作电压范围宽，为3.536V；电路简单，外围元器件少；静态电流小，典型值为30A；能驱动大电流P沟道功率MOSFET；有电池反极性保护及外接P-MOSFET的栅极箝位保护；可采用微制器进行控制或采用手动控制；节省空间的8引脚MSOP封装；工作温-40+125。 图1 LTC4414的引脚排列引脚排列及功能 LTC4414的引脚排列如图1所示，各引脚功能如表1所示。 图2 LTC4414结构及外围器件框图基本工作原理这里通过内部结构框图及外接元器件组成的电源自动切换电路来说明其工作原理。内部结构框图及外围元器件组成的电路如图2所示。其内部结构是由放大器A1、电压/电流转换电路、电源选择器（可由VIN端或SENSE端给内部电路供电）、模拟控制器、比较器C1、基准电压源（0.5V）、线性栅极驱动器和栅极电压箝位保护电路、开漏输出FET及在CTL内部有3.5A的下拉电流源等组成。外围元器件有P沟道功率MOSFET、肖特基二极管D1、上拉电阻RPU、输入电容CIN及输出电容COUT。图2中有两个可向负载供电的电源（主电源及辅电源），可以由主电源单独供电，也可以接上辅电源，根据主、辅电源的电压由LTC4414控制实现自动切换。这两种供电情况分别如下。 1 主电源单独供电主电源单独供电时，电流从LTC4414的VIN端输入到电源选择器，给内部供电。放大器A1将VIN和VSENSE的差值电压放大，并经过电压/电流转换，输出与VINVSESNSE之值成比例的电流输入到模拟控制器。当VINVSESNE20mV时，模拟控制器通过线性栅极驱动器及箝位保护电路将GATE端的电压降到地电平或到栅极箝位电压（保证-VGS8.5V），使外接P-MOSFET导通。与此同时，VSESNE被调节到VSESNE=VIN20mV，即外接P-MOSFET的VDS=20mV。P-MOSFET的损耗为ILOAD20mV。在P-MOSFET导通时，模拟控制器给内部FET的栅极送低电平，FET截止，STAT端呈高电平（表示P-MOSFET导通）。2 加上辅电源当加上辅电源（如交流适配器）后，如果VSESNE VIN+20mV，则内部电源选择器由SENSE端向内部电路供电。模拟控制器使GATE端电压升高到VSENSE，则P-MOSFET截止，辅电源通过肖特基二极管D1向负载供电。这种电源切换是自动完成的。在辅电源向负载供电时，模拟控制器给内部FET的栅极送高电平，FET导通，STAT端呈低电平（表示辅电源供电）。上拉电阻RPU的阻值要足够大，使流过FET的电流小于5mA。在上述两种供电方式时，CTL端是接地或悬空的。CTL的控制功能将在下面的应用电路介绍。典型应用电路1主、辅电源自动切换电路图3是一种减少功耗的主、辅电源自动切换电路，其功能与图2电路相同，不同之处是用一只辅P-MOSFET（Q2）替代了图2中的D1，可减少电压降及损耗。其工作原理与图2完全相同。 图3 主、畏电源自动切换电路 图4 由微控制器控制的电源切换电路2 由微控制器控制的电源切换电路由微控制器（C）控制的电源切换电路如图4所示。此图中的主、辅P-MOSFET都采用了两个背对背的P-MOSFET组成，其目的是主电源或辅电源中的P-MOSFET截止时，均不会通过P-MOSFET内部的二极管向负载供电。其缺点是电源要通过两个P-MOSFET才能向负载供电，损耗增加一倍，并增加成本。图4虚线框中的稳压二极管（一般取810V）连接在辅P-MOSFET的极限-VGSS时，由于稳压二极管的击穿电压VSENEN超过20mV，C会自动切换到主电源供电。C还可以通过I/O口驱动不同颜色的LED，显示主、辅电源的供电状态。 图5 高端功率开关3 高端功率开关图5 是由LTC4414组成的高端功率开关电路。由CTL端施加逻辑电平来控制P-MOSFET的通、断。该电路可由C控制、电路控制或手动控制。CTL=L时，开关导通；CTL=H时，开关关断。外围元器件的选择LTC4414的主要外围元器件是P-MOSFET、输入、输电容器CIN和COUT。1 P-MOSFET的选择为满足电路工作的可靠性，要选VDSSVIN(max)及RDS(on)小的P-MOSFET。在VIN低、ILOAD大时，要保证IDILOAD(max)及RDS(on) I LOAD(max) 20mV。2 C IN及C OUT的选择为保证在电源切换及负载有较大变化时输出电压稳定，选择合适的CIN及COUT很重要。C IN一般在0.110F范围内选择，C OUT在147F范围内选取。C IN及C OUT可选用多层陶瓷电容器（MLCC），其电容量大小是否合适最好通过实验来调整。在使用MLCC电容器时，因其ESR低，自身谐振频率及Q值高，有可能在AC适配器供电插拔瞬单间生高压脉冲而损坏LTC4414。因此，凌特公司建议在输入电容中串联几个的电阻以降值Q值以防止瞬态高压的产生。在实验过程中可看V IN及S ENSE端的电压波形来调整电容量及增减串联在C