SLM21364的过流保护触发电路的工作原理

本文主要阐述了SLM21364的过流保护触发电路的工作原理，以及RCIN管脚外接电阻电容的选择。

过流保护工作原理

SLM21364通过外部电流检测电阻和ITRP管脚的监控实现系统过流检测和保护功能。图1是SLM21364的过流保护触发电路的典型应用和内部框图。

   

图1. RCIN管脚应用及内部逻辑图

RCIN管脚外接电阻RRCIN和电容CRCIN，当ITRIP管脚电压大于VIT时，Fault管脚输出为低，此时，RCIN管脚的内部下拉MOSFET(M1)导通，迅速拉低RCIN电压，释放CRCIN的电荷，拉低时间为TRCIN_F。当ITRIP管脚电压小于VIT时，RCIN的内部下拉MOSFET关断， RCIN管脚呈现高阻状态，Vcc电源通过RRCIN对CRCIN充电，当RCIN管脚电压上升到阈值电压（通常为8V）后Fault管脚输出置高恢复, 其中RCIN管脚电压开始充电到Fault管脚置高恢复的时间为TFLTCLR。

RCIN管脚充放电时间

为了正常配置Fault的恢复时间，RCIN在ITRIP管脚开始充电的时刻必须为零电平，需要在ITRIP由高变低前迅速拉低RCIN电平，由图2所示，RCIN的拉低时间为TRCIN_F, 主要由内部下拉MOSFET(M1)的输出电流决定。

   

图2. RCIN，ITRIP和Fault管脚的时序逻辑

根据电容放电公式， ，近似得到：

图3是RCIN下拉MOSFET(M1)的输出特性曲线，当M1的Drain和Source两端电压Uds比较高时，下拉电流Id呈现电流源特性，主要工作在饱和区。Id电流的大小主要由内部门级电压决定。针对SLM21364的内部设计，M1的饱和电流约为70mA。在Vcc和Id确定的情况下，为了保证RCIN管脚每次正常拉低到零电平， TRCIN_F需小于1μs，则实际应用中应保证CRCIN<2.2nF。

   

图3. RCIN下拉MOSFET(M1)的输出特性曲线

确定CRCIN的大小之后，可以根据Fault管脚置高恢复时间TFLTCLR的需求来选择合适的RRCIN。TFLTCLR的时间是由RCIN管脚的充电时间决定，并由以下公式计算：

实验测试结果

当Vcc=15V，选取RRCIN=200KΩ, CRCIN=1nF, 测得RCIN放电实验波形如图4所示：

CH1: VRCIN, CH2: VITRIP, CH3: VFAULT, CH4: HO

图4. RCIN放电实验波形

Vcc=15V，RRCIN=200KΩ, CRCIN=1nF

由公式1计算可得RCIN的拉低时间为：

和图4中测得RCIN的拉低时间216ns是一致的。

上述实例相同条件下, 测得RCIN充电实验波形如图5所示：

CH1: VRCIN, CH2: VITRIP, CH3: VFAULT, CH4: HO

图5. RCIN充电实验波形

Vcc=15V，RRCIN=200KΩ, CRCIN=1nF

由公式2计算可得：

和图5中测得的FAULT管脚置高恢复时间160μs是一致的。

当Vcc=15V，选取RRCIN=200KΩ, CRCIN=10nF, 测得RCIN放电实验波形如图6所示：

CH1: VRCIN, CH2: VITRIP, CH3: VFAULT, CH4: HO

图6. RCIN充放电实验波形

Vcc=15V，RRCIN=200KΩ, CRCIN=10nF

由于CRCIN取值较大，RCIN管脚在ITRIP触发后下拉速度较慢，且RCIN过流信号维持时间较短，从图中看到RCIN电压并不能完全拉低到零电平就开始充电。这样会导致Fault管脚的恢复时间远远小于设置的时间，带来系统保护风险。如果CRCIN取值过大，或者ITRIP维持时间过小，甚至会出现保护失效的极端现象。

总结

SLM21364的RCIN外接RC电路主要用来配置系统过流保护后的FAULT恢复时间，为了正常配置FAULT恢复时间，需要保证RCIN在RC充电前即过流ITRIP信号下降前下拉到零电平。对于一般的电源系统，过流持续时间在几十μs以下的应用，建议RCIN的放电电容CRCIN<2.2nF，典型值选取1nF。然后再根据FAULT恢复时间需求，确定RCIN的充电电阻RRCIN的大小。

审核编辑：汤梓红