PW1610 12V10A限流开关UVLO与OVP设定点电阻分压网络计算

KKW117

PW1610

可编程限流开关芯片

1. 概述

PW1610是一款可编程限流开关，具有宽输入电压范围和可调过压保护功能。集成的N沟道MOSFET具有极低的导通电阻RDS(ON)，可最大限度地降低正常工作时的功耗。可编程软启动时间控制启动期间输出电压的转换速率。独立的使能控制支持复杂的系统时序控制。

PW1610集成了过温、过流和短路保护功能。其紧凑的QFN 2×2-10封装可实现较小的PCB面积，适用于空间受限的应用场景。

2. 产品特性

· 宽输入电压范围2.7V至16V，绝对最大额定电压20V

· 极低的电源路径电阻RPWPT：在3.3V/5V/12V VIN时为6mΩ(典型值)

· 10A输出电流能力

· 可编程电流限制

· ±10%负载电流监测精度(IOUT≥3A)

· 可编程软启动时间

· 可编程过压阈值

· 可编程过流响应时间(TIMER)

· 电源正常指示(PG)

· 故障响应：锁断保护

· 独立ON/OFF控制输入

· 热关断保护

· 输出快速放电功能

· 紧凑封装：QFN2×2-10

3. 应用领域

· 服务器

· 固态硬盘(SSD)

· 工业电脑

4. 典型应用电路







应用信息

PW1610是一款电子保险丝(eFuse)，集成了旨在保护系统电源的电源传输路径。它通过监控IN总线启动工作。当VIN > VUVLO且VEN > VEN_R时，器件被使能，允许电流从IN流向OUT。当VIN < VUVLO或VEN < VEN_F时，内部电源路径被禁用。

成功初始化后，器件主动监控负载电流和输入电压，控制内部MOSFET以确保不超过用户定义的过流保护限制(ILIM)。当超过过压锁定阈值(VOVP_R)时，它还能防止过压瞬变。此外，器件配备了快速过流保护，在短路情况下保护系统免受潜在损坏的电压和电流水平的影响。同时，提供用户可配置的过流消隐定时器，使系统能够通过适度的负载电流瞬变峰值而不触发电子保险丝。这种能力确保了弹性保护机制，能够有效区分真实故障和瞬变，从而最大化系统运行时间。

器件还集成了温度传感器，当结温超过推荐工作温度范围时触发关断以保护器件。

IN引脚

强烈建议在IN引脚附近放置0.1μF或更大的输入陶瓷电容。输出短路或重负载瞬变条件可能导致IN引脚振铃，如果输入瞬变超过绝对最大电源电压(即使持续时间很短)，可能会损坏内部电路。最小化输入电容、IN和GND引脚形成的环路面积。

对于热插拔应用，建议使用TVS以防止瞬态电压超过器件的绝对最大额定值。TVS钳位电压必须低于器件的ABS电压。

在VIN≥9V的应用中，必须添加TVS。

OUT引脚

建议在器件附近放置100μF或更大的输出陶瓷电容，以减少负载瞬变期间的电压降。对于大瞬变电流应用，建议在输出引脚放置100μF或更大的高值电解电容。

在5V或更低电压应用中，建议尽可能靠近输出端放置反并联肖特基二极管，以吸收长电缆高寄生电感引起的负振铃。

对于输出电压超过5V的应用，必须按照应用图所示从OUT引脚到GND连接肖特基二极管。

FAULT响应

下表总结了器件对各种故障状态的响应，包括低电平有效的外部故障指示(FLT_N)引脚：

内部锁存故障可通过循环给器件上电(将VIN拉至0V)或将EN引脚电压拉低至VSDF以下来复位。

电源正常(PG)指示

PW1610提供高电平有效的数字输出信号(PG)，作为稳定电源的指示，当器件正常工作并准备供电时有效。PG引脚为开漏类型，需要外部上拉电阻到合适的电源。一旦MOSFET栅极电压达到其完全驱动电平(表示启动完成)，PG信号在去抖时间(tPGA)后被激活。如果MOSFET在任何时候关断，PG被复位。PG清除置位所需的时间为tPGD。

表2: PG指示汇总

软启动时间编程

器件具有受控的输出转换速率，提供软启动功能。这限制了由输出轨连接电容充电引起的浪涌电流，使这些器件能够用于热插拔应用。可以通过在SST引脚和地之间添加外部电容来降低转换速率。

断路器和TIMER编程

断路器功能通过用户可调的延时来处理瞬态故障，从而在输出过流时禁用输出。此功能仅在稳态下工作，此时栅极电压超过输入电压1.8V(Gate OK)。

如果负载电流超过由ILIM引脚电阻(RILIM)设置的过流阈值(IILIM)，但低于快速跳闸阈值(即IILIM的两倍)，器件开始通过内部产生的2μA下拉电流放电TIMER引脚电容。

如果负载电流在TIMER引脚电容(CTIMER)放电小于电压(ΔVTIMER)之前降至IILIM以下，TIMER通过内部上拉到VTMR复位，防止断路器激活。这允许短暂的负载瞬变通过而不触发断路器。

如果过流持续，CTIMER继续放电。一旦达到指定的电压变化(ΔVTIMER)，断路器关断MOSFET。同时，CTIMER被重新充电到VTMR，为下一次过流事件复位。这确保完整的消隐定时器周期应用于每个过流事件。如果器件因断路器故障而关断，PW1610将保持锁断状态。

设置过流阈值的RILIM值可通过以下公式确定：

推荐的最小过流阈值为1A。不建议超过11A的过流阈值。

器件在每次启动前会检查ILIM引脚是否对地短路。如果检测到短路，则视为故障，器件关断并保持锁断状态。不连接任何器件到ILIM引脚会将过流阈值设置为极低水平，导致即使输出施加最轻微的负载或无负载，器件也会触发断路器。

可通过选择连接到TIMER引脚到地的适当电容值来修改允许的瞬变时间长度。使用以下公式确定建立首选瞬态过流消隐期所需的CTIMER值：

在启动阶段，PW1610可以限制过流条件的输出电流。当VOUT < VIN-1V时，器件的电流限制将回折到约80%×ILIM以降低功耗。

模拟负载电流监控除了配置过流阈值外，ILIM引脚还可以监控通过MOSFET的输出负载电流。ILIM引脚电压作为模拟输出负载电流监控信号。为了获得±10%的更高负载电流检测精度，由于ILIM引脚存在偏移电流，ILIM引脚电压必须超过150mV。使用以下公式确定输出负载电流(ILOAD)：

短路保护

当检测到严重过流情况时，器件启动快速响应以将电流限制在安全范围内。内置的快速跳闸比较器使用设置为IILIM值两倍的可调阈值(ISC)。此功能允许用户自定义快速跳闸阈值，提供固定阈值可能无法提供的灵活性，特别是对于需要较低电流水平的系统。

PW1610集成了固定快速跳闸阈值(IFT)，以在正常工作期间防止硬短路。此固定阈值设置在最大用户可缩放快速跳闸阈值之上。一旦电流超过ISC或IFT，MOSFET将在tFT内完全关断。随后，器件在70μs的短暂去抖间隔后尝试重新激活MOSFET。这种方法确保了瞬态过流事件后MOSFET的更快恢复，并有助于减少输出电压的下降。但是，如果故障持续，器件将保持电流限制，导致器件关断并进入锁断状态。

欠压锁定和过压设定点

欠压锁定(UVLO)和过压跳闸点使用连接在器件IN、EN、OVP和GND引脚之间的外部电阻分压网络R1、R2、R3和R4进行调整。所需的值通过求解以下方程计算：

器件使用固定阈值UVLO来监控IN引脚。当VIN<VUVLO时，功率MOSFET关断。此外，当连接到EN引脚的电压低于VEN_F时，功率MOSFET也关断。

同样，如果OV引脚电压超过VOVP_R(表示过压事件)，功率MOSFET也关断。当VOVP<VOVP_F时，器件在约30μs后通过软启动重新开始。

建议使用较大的R1、R2、R3和R4电阻值，以最小化从电源汲取的输入电流。但是，由于连接到电阻分压器的外部器件的漏电流，这可能会在这些计算中引入误差。建议使用比分压器预期漏电流大20倍的电阻分压器电流，以获得良好的阈值精度。

热关断保护

内部热关断保护在内部结温TJ > 150°C(典型值)时关断MOSFET。检测到热过载后，PW1610关断并保持锁断，直到重新使能或电源循环，且TJ < T - THYS。在热关断期间，故障引脚FLT_N和PG被驱动为低电平以指示故障状态。

自动输出放电

PW1610具有内置的输出放电功能，可以快速消除输出电容上的残余电荷，防止总线悬浮在不确定的电压水平。当VEN < VEN_F，或在OCP、TSD、OVP或UVLO条件下，连接到OUT引脚的内部放电下拉MOSFET被启用。

布局设计

为了获得PW1610的最佳性能，必须严格遵循以下指南：

1) 在所有应用中，应在IN引脚和GND引脚之间放置0.1μF或更大的陶瓷去耦电容。

2) 输入和输出电容应靠近器件放置。最小化旁路电容连接形成的环路面积对于降低噪声耦合至关重要。

3) 保持所有VBUS走线尽可能短和宽，所有VBUS走线至少使用2盎司铜。

4) IN和OUT引脚作为散热路径。通过这些引脚利用过孔将这些引脚连接到PCB顶层和底层尽可能大的铜区域。位于器件下方的过孔还可以减少IN和OUT焊盘上的电压梯度，并确保整个器件的电流分布一致。

5) 保护元件(如TVS二极管、缓冲器、电容或二极管)应尽可能靠近器件放置。布线这些保护元件时必须使用短走线长度以最小化电感。例如，肖特基二极管可以抵消由感性负载开关引起的负电压尖峰。此外，建议在OUT和GND引脚之间放置至少10μF的陶瓷去耦电容。重要的是减少肖特基二极管、旁路电容、OUT引脚和器件GND引脚连接形成的环路面积。