LTC2921/LTC2922系列電源跟蹤器與輸入監視器：特性、應用與設計要點

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環。尤其是在多電源系統中，如何確保各個電源的穩定、可靠運行，以及實現電源之間的跟蹤和監控，是工程師們面臨的重要挑戰。今天，我們就來深入探討一下Linear Technology Corporation推出的LTC2921/LTC2922系列電源跟蹤器與輸入監視器，看看它是如何解決這些問題的。

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一、產品特性

1. 多電源跟蹤與監控

LTC2921/LTC2922能夠跟蹤多個電源，并監控包括(V_{CC})在內的5個輸入電壓。通過外部N溝道MOSFET開關，它可以控制電源以可調的速率斜坡上升，確保電源的平穩啟動。同時，它還具備自動遠程感應切換功能，能夠補償布線中的串聯電壓降，提高電源的穩定性。

2. 高精度閾值監測

該系列產品保證了±1%的閾值精度，特別是在0.5V的監測電平上，能夠有效避免誤觸發。此外，它還具備過壓監測功能，當輸入電壓超過設定的過壓閾值時，會及時采取措施保護系統。

3. 可調功能

LTC2921/LTC2922具有多種可調功能，如可調的電源斜坡速率、電子斷路器和電源良好延遲等。這些功能可以根據具體應用需求進行靈活配置，提高系統的適應性和可靠性。

4. 多種封裝與電源電壓選擇

LTC2921采用16引腳窄SSOP封裝，LTC2922采用20引腳TSSOP封裝，方便不同的應用場景。同時，它們支持5V、3.3V和2.5V的(V_{CC})電源電壓，滿足多樣化的電源需求。

二、工作原理

1. 監測序列

正常的上電序列包括以下步驟：

• 等待(V{CC})超過欠壓鎖定閾值，并持續檢查(V{CC})。
• 確認斷路器未跳閘，且所有監測電源（包括(V_{CC})）處于編程的監測和過壓閾值之間。
• 檢查TIMER引腳電壓低于150mV，然后通過對TIMER引腳進行斜坡上升來創建延遲。
• 斜坡上升GATE引腳，打開外部N溝道FET，同時將電源斜坡上升到負載。
• 激活遠程感應開關，并等待反饋開關柵極完全增強。
• 再次等待TIMER周期延遲。
• 釋放PG輸出的下拉，繼續檢查(V_{CC})、斷路器、輸入電壓和GATE電壓。

2. 中斷事件

有三種事件可以中斷序列，觸發所有電源的立即斷開、PG信號的下拉和遠程感應開關的停用：

• 鎖定：當(V{CC})低于欠壓閾值（包括遲滯）時發生。恢復鎖定需要足夠的(V{CC})電壓，離開鎖定后，序列從步驟1開始。
• 故障：當斷路器跳閘時發生。從故障中恢復需要在電流低于跳閘點后，將V1引腳脈沖低于0.5V（標稱值）超過150μs。當V1返回高電平時，序列從步驟1開始。
• 錯誤：當一個或多個監測輸入（V1 - V4引腳）或(V_{CC})低于其監測閾值，或高于其過壓閾值時發生。GATE引腳完全斜坡上升后失去電壓也會導致錯誤。錯誤會使序列回到步驟1。

3. 遠程感應反饋開關

LTC2921/LTC2922的集成N溝道開關可以自動補償外部負載控制MOSFET開關的(R_{DS(ON)})引起的電壓降。通過修改每個電源的正常反饋路徑，當負載控制開關打開時，遠程感應開關也打開，創建主導反饋路徑，從而補償電壓降。

4. 電子斷路器

在(V{CC})和SENSE引腳之間放置一個電阻，當電阻兩端的電壓超過50mV持續1μs時，電子斷路器跳閘。跳閘會導致故障條件，中斷監測序列，需要重置斷路器鎖存器。重置可以通過在電流低于跳閘點后將V1引腳拉低超過150μs，或從(V{CC})的欠壓鎖定中恢復來實現。

三、應用信息

1. 設置電源監測電平

LTC2921/LTC2922系列具有低0.5V監測閾值和±1%的高精度。為了精確設置電源監測電平，可以設計一個精密比例電阻分壓器，將最低有效電源電壓與最大指定監測閾值電壓相關聯。使用1%或更好公差的電阻來限制由于失配引起的誤差。

2. 選擇外部N溝道MOSFET

GATE引腳驅動外部N溝道MOSFET的柵極，使其高于(V_{CC})，將電源連接到負載。LTC2921/LTC2922系列提供的GATE驅動電壓最適合邏輯電平和亞邏輯電平功率MOSFET。在選擇FET時，需要考慮電流、關斷速度、導通電阻、柵源電壓規格等應用要求。

3. 設置GATE斜坡速率

通過在GATE引腳連接外部電容器來控制電源加載到負載的電壓斜坡速率。在監測序列的步驟3中，一個10μA的上拉電流將GATE引腳電容斜坡上升到內部電荷泵電壓VPUMP。可以使用公式(C_{GATE}=frac{10 mu A}{Delta V / Delta t})計算實現給定斜坡速率所需的標稱GATE引腳電容。

4. 設置序列延遲定時器

上電序列包括兩個可編程延遲，由TIMER引腳的電容設置。第一個延遲在所有監測電壓符合閾值、電子斷路器未跳閘且(V{CC})不欠壓時開始。第二個延遲在遠程感應開關的柵極完全斜坡上升后開始。可以使用公式(C{TIMER }=frac{2 mu A}{1.2 V} cdot t_{DLY})計算定時電容的標稱值。

5. 配置PG引腳輸出

LTC2921/LTC2922的PG引腳是一個電源良好指示器。在啟動序列期間和檢測到錯誤時，一個強FET將PG拉低。當所有電源滿足監測和過壓閾值、斷路器未跳閘、GATE引腳達到峰值且遠程感應開關打開時，一個4μA的電流源從VPUMP將PG拉高。可以通過添加外部上拉電阻將PG配置為邏輯信號，也可以將其用作外部N溝道MOSFET的柵極驅動。

6. 集成遠程感應開關

LTC2921/LTC2922系列的一個重要特性是一組遠程感應開關，用于補償負載路徑中的電壓降。開關在GATE引腳完全斜坡上升后的啟動序列中激活，其柵極以標稱8V/ms的速率從地斜坡上升到VPUMP。當條件指示電源斷開時，開關在不到10μs內關閉。

四、設計示例

下面我們通過一個三電源監測系統的設計示例，來具體說明如何使用LTC2921/LTC2922系列產品。

1. 設計要求

• 監測5V、3.3V和2.5V三個電源，電壓精度分別為±7.5%。
• 遠程感應所有三個負載電壓。
• 提供緊密的監測電平。
• 使用斷路器功能。
• DC/DC轉換器反饋電阻分壓器>100kΩ。
• TIMER延遲為150ms（標稱值）。
• GATE斜坡時間為500ms（標稱值）。
• 監測電阻分壓器電流為10μA（標稱值）。

2. 設計步驟

• 設置電源監測電平：將5V電源連接到(V{CC})引腳，使用內部電阻分壓器設置該監測電平。對于3.3V和2.5V電源，分別計算電阻分壓器的(R{A})和(R_{B})值，選擇合適的標準電阻。
• 選擇外部N溝道MOSFET：選擇Vishay Siliconix Si2316DS作為外部N溝道MOSFET，根據電源電壓和GATE引腳電壓計算其最大導通電阻，并確保其柵源電壓在安全范圍內。
• 設置GATE斜坡速率：根據公式(C_{GATE}=frac{10 mu A cdot 500 ms}{10.8 V}=0.463 mu F approx 0.47 mu F)，選擇0.47μF的電容來設置GATE斜坡速率。
• 設置序列延遲定時器：根據公式(C_{TIMER }=frac{2 mu A}{1.2 V} cdot 150 ms=0.25 mu F approx 0.22 mu F)，選擇0.22μF的電容來設置序列延遲。
• 設置電子斷路器：選擇Vishay Dale WSL1206系列的0.05Ω、1%精度的電阻作為感測電阻，計算斷路器的跳閘電流閾值范圍。
• 配置PG引腳輸出：將PG引腳配置為2.5V負邏輯復位信號，選擇4.7kΩ的上拉電阻。
• 設置遠程感應開關：選擇(R{X}=100Ω)的電阻，滿足(R{Q(ON)}, R{FB(ON)} ll R{X} llleft(R{Y}+R{Z}right))的要求，確保負載電壓能夠主導反饋到轉換器。

五、總結

LTC2921/LTC2922系列電源跟蹤器與輸入監視器為多電源系統提供了全面的解決方案。它具有高精度的監測功能、靈活的可調特性和豐富的保護機制，能夠有效提高電源系統的穩定性和可靠性。通過合理的設計和配置，可以滿足各種不同應用場景的需求。在實際設計中，工程師們需要根據具體的應用要求，仔細選擇外部元件，合理設置參數，以確保系統的最佳性能。

你在使用LTC2921/LTC2922系列產品時，遇到過哪些問題或有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享交流。