深入解析onsemi NCP81428：高性能熱插拔智能保險(xiǎn)絲的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，保護(hù)電路免受各種異常狀況的影響至關(guān)重要。onsemi的NCP81428作為一款PMBus? 兼容的12 V、50 A可復(fù)位在線(xiàn)保險(xiǎn)絲，為服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、基站和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域提供了全面的保護(hù)解決方案。下面我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

NCP81428集成了0.65 mΩ NMOS FET、高性能熱插拔控制器和非易失性存儲(chǔ)器（NVM），采用LQFN32封裝。它能夠有效應(yīng)對(duì)過(guò)流、過(guò)壓、短路和浪涌電流等問(wèn)題，可配置為單相解決方案，也能在多相應(yīng)用中作為主設(shè)備或從設(shè)備，以支持更高的電流需求。

簡(jiǎn)化框圖

關(guān)鍵特性

• 強(qiáng)大的功率處理能力：具備高達(dá)80 A的峰值輸出電流和50 A的連續(xù)輸出電流，輸入電壓工作范圍為5至18 V，在待機(jī)狀態(tài)下可承受高達(dá)30 V的電壓。
• 靈活的控制特性：可通過(guò)引腳斷言和/或PMBus進(jìn)行控制，支持外部軟啟動(dòng)編程，具備可編程的輸入欠壓警告和過(guò)壓故障保護(hù)，以及可編程的過(guò)流保護(hù)（OCP）級(jí)別和定時(shí)器。
• 出色的并行操作性能：支持多設(shè)備并行操作，在并行操作中具有良好的電流平衡能力，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)電流平衡。
• 全面的保護(hù)功能：擁有過(guò)溫關(guān)機(jī)、內(nèi)部FET健康診斷、軟啟動(dòng)電流限制和過(guò)度軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間保護(hù)等功能，還能記錄故障事件和峰值電流，并提供可編程的自動(dòng)重試/鎖存關(guān)閉選項(xiàng)。
• 精準(zhǔn)的遙測(cè)功能：符合PMBus 1.4標(biāo)準(zhǔn)，具備±2%的IMON精度（在30 A及以上），采用10位ADC對(duì)輸出電流、輸入電壓、輸出電流峰值、輸出電壓和溫度進(jìn)行測(cè)量。

引腳功能與參數(shù)

引腳連接與功能

電氣參數(shù)

NCP81428的電氣參數(shù)在不同的工作條件下有明確的規(guī)定。典型值是在 $T{J}=25^{\circ} C$，$VIN=VINF=12.0 ~V$，$V{ON}=3.3 ~V$，$C{VINF}=0.1 \mu F$，$C{VDD}=4.7uF$，$C{SS}=100 nF$ 的條件下測(cè)量得到的，而最小/最大值在 $6 ~V ≤VIN ≤18 ~V$，$-40^{\circ} C ≤T{J} \leq+125^{\circ} C$ 的范圍內(nèi)有效。以下是一些關(guān)鍵電氣參數(shù)的示例：

• VINF輸入電流：在 $VON > 1.3 V$ 且無(wú)負(fù)載的情況下，工作電流為9.5 - 14 mA。
• VDD調(diào)節(jié)器：輸出電壓在1 mA < IVINF <10 mA，6 V < VINF < 18 V的條件下為4.7 - 5.3 V。
• ON輸入：上升開(kāi)關(guān)導(dǎo)通閾值為1.10 - 1.30 V，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通延遲定時(shí)器為0.6 - 1.4 ms。
• IMON輸出：在不同的輸出電流條件下，精度有所不同，例如在IOUT = 30A，VIN = 12V，$T_{J} = 25^{\circ} C$ 時(shí)，精度為 -2% 至 +2%。

工作模式與配置

主從初始化與狀態(tài)機(jī)

NCP81428在主從配置中有特定的初始化流程和狀態(tài)機(jī)。上電后，當(dāng)LDO輸出超過(guò)VDD UVLO閾值時(shí)，設(shè)備將默認(rèn)值加載到操作寄存器中，然后讀取地址電阻（RADDR），以確定設(shè)備是主設(shè)備、從設(shè)備還是單設(shè)備，以及是否使用雙線(xiàn)接口（TWI）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

主設(shè)備響應(yīng)ON引腳的高電平或PMBus命令來(lái)啟用，啟用后可進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)（Auto - Cal）或數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，F(xiàn)AULT#_C和FAULT#_D分別作為時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)，主設(shè)備向從設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)傳輸失敗，主設(shè)備會(huì)嘗試3次，若仍失敗，則根據(jù)工廠(chǎng)設(shè)置選擇繼續(xù)使用默認(rèn)值或關(guān)閉設(shè)備。

系統(tǒng)配置

保護(hù)功能

電流限制與軟啟動(dòng)

在啟動(dòng)過(guò)程中，NCP81428的電流限制取決于輸入電壓（VIN）和輸出電壓（VOUT）的相對(duì)水平。當(dāng)VIN < 13.2 V時(shí)，不同VOUT/VIN比例下的電流限制不同，例如在0 < VOUT < 0.4xVIN時(shí)，典型電流限制為7.5 A。如果電流限制條件持續(xù)時(shí)間超過(guò) $t{CL _ REG}$，設(shè)備將鎖存關(guān)閉，若處于自動(dòng)重試模式，則在 $t{DLY _ RETRY}$ 后嘗試重新軟啟動(dòng)。

短路檢測(cè)與過(guò)流保護(hù)

NCP81428內(nèi)置了高速電流感應(yīng)SCP放大器，能夠快速響應(yīng)短路故障，在檢測(cè)到故障后的 $t_{SC}$ 時(shí)間內(nèi)開(kāi)始拉低柵極電壓。設(shè)備提供了三個(gè)可編程的過(guò)流保護(hù)級(jí)別（OCP），每個(gè)級(jí)別都可以設(shè)置去抖時(shí)間和復(fù)位定時(shí)器，以確保準(zhǔn)確檢測(cè)過(guò)流故障。

過(guò)溫保護(hù)與FET故障檢測(cè)

設(shè)備通過(guò)內(nèi)部熱傳感器監(jiān)測(cè)芯片溫度，當(dāng)溫度超過(guò)過(guò)熱警告閾值時(shí)，會(huì)通知主機(jī)采取相應(yīng)措施；若超過(guò)過(guò)熱關(guān)機(jī)故障閾值，設(shè)備將關(guān)閉。此外，NCP81428還具備FET故障檢測(cè)功能，可檢測(cè)VIN到VOUT短路、GATE到VIN短路和GATE泄漏等故障，并根據(jù)故障類(lèi)型采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)指南

應(yīng)用電路組件

瞬態(tài)電壓抑制

熱插拔eFuse容易受到電流突然中斷的影響，輸入電纜電感會(huì)在設(shè)備輸入產(chǎn)生正電壓瞬變尖峰，輸出電感會(huì)在輸出產(chǎn)生負(fù)電壓尖峰。為了抑制這些尖峰，需要使用外部TVS二極管和二極管進(jìn)行鉗位。用戶(hù)可以使用公式 $V{Spike }=V{D C}+I_{OUT } × \sqrt{(L / C)}$ 大致估算尖峰電壓的大小。

總結(jié)

onsemi的NCP81428是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的熱插拔智能保險(xiǎn)絲，它在保護(hù)電路免受各種異常狀況影響的同時(shí)，還提供了靈活的配置選項(xiàng)和精準(zhǔn)的遙測(cè)功能。無(wú)論是在服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、基站還是工業(yè)應(yīng)用中，NCP81428都能為電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保障。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以充分利用NCP81428的特性，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。你在使用類(lèi)似產(chǎn)品的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。