深入解析onsemi NCP81428：高性能熱插拔智能保險絲的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計中，保護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)位在線保險絲，為服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲、基站和工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域提供了全面的保護解決方案。下面我們就來詳細(xì)了解一下這款產(chǎn)品。

文件下載：onsemi NCP81428 PmBus?熱插拔智能保險絲.pdf

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器（NVM），采用LQFN32封裝。它能夠有效應(yīng)對過流、過壓、短路和浪涌電流等問題，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。

簡化框圖

關(guān)鍵特性

• 強大的功率處理能力：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：可通過引腳斷言和/或PMBus進(jìn)行控制，支持外部軟啟動編程，具備可編程的輸入欠壓警告和過壓故障保護，以及可編程的過流保護（OCP）級別和定時器。
• 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，可實現(xiàn)軟啟動電流平衡。
• 全面的保護功能：擁有過溫關(guān)機、內(nèi)部FET健康診斷、軟啟動電流限制和過度軟啟動持續(xù)時間保護等功能，還能記錄故障事件和峰值電流，并提供可編程的自動重試/鎖存關(guān)閉選項。
• 精準(zhǔn)的遙測功能：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：上升開關(guān)導(dǎo)通閾值為1.10 - 1.30 V，開關(guān)導(dǎo)通延遲定時器為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，精度為 -2% 至 +2%。

工作模式與配置

主從初始化與狀態(tài)機

NCP81428在主從配置中有特定的初始化流程和狀態(tài)機。上電后，當(dāng)LDO輸出超過VDD UVLO閾值時，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命令來啟用，啟用后可進(jìn)行自動校準(zhǔn)（Auto - Cal）或數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，F(xiàn)AULT#_C和FAULT#_D分別作為時鐘和數(shù)據(jù)信號，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)備會嘗試3次，若仍失敗，則根據(jù)工廠設(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

保護功能

電流限制與軟啟動

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

短路檢測與過流保護

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，在檢測到故障后的 $t_{SC}$ 時間內(nèi)開始拉低柵極電壓。設(shè)備提供了三個可編程的過流保護級別（OCP），每個級別都可以設(shè)置去抖時間和復(fù)位定時器，以確保準(zhǔn)確檢測過流故障。

過溫保護與FET故障檢測

設(shè)備通過內(nèi)部熱傳感器監(jiān)測芯片溫度，當(dāng)溫度超過過熱警告閾值時，會通知主機采取相應(yīng)措施；若超過過熱關(guān)機故障閾值，設(shè)備將關(guān)閉。此外，NCP81428還具備FET故障檢測功能，可檢測VIN到VOUT短路、GATE到VIN短路和GATE泄漏等故障，并根據(jù)故障類型采取相應(yīng)的保護措施。

應(yīng)用電路與設(shè)計指南

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，輸入電纜電感會在設(shè)備輸入產(chǎn)生正電壓瞬變尖峰，輸出電感會在輸出產(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是一款功能強大、性能卓越的熱插拔智能保險絲，它在保護電路免受各種異常狀況影響的同時，還提供了靈活的配置選項和精準(zhǔn)的遙測功能。無論是在服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲、基站還是工業(yè)應(yīng)用中，NCP81428都能為電子設(shè)備的穩(wěn)定運行提供可靠的保障。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，可以充分利用NCP81428的特性，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。你在使用類似產(chǎn)品的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。