LTC2926：MOSFET控制的電源跟蹤器的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)，尤其是對(duì)于需要精確電源跟蹤和排序的應(yīng)用。今天我們要深入探討的是Linear Technology Corporation的LTC2926，一款MOSFET控制的電源跟蹤器，它為電源管理提供了靈活且高效的解決方案。

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一、LTC2926概述

LTC2926是一款專(zhuān)為跟蹤和排序多達(dá)三個(gè)電源軌而設(shè)計(jì)的集成電路。它具有以下顯著特點(diǎn)：

• 靈活的電源跟蹤和排序：能夠滿足多種電源上電配置文件的要求，適用于數(shù)字邏輯電路，如FPGA、PLD、DSP和微處理器等。
• 可調(diào)節(jié)的斜坡速率、偏移和時(shí)間延遲：通過(guò)簡(jiǎn)單的外部配置，可實(shí)現(xiàn)不同的電源跟蹤和排序模式。
• 集成遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)：有效補(bǔ)償外部MOSFET上的電壓降，提高電源的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
• 故障輸入/輸出和狀態(tài)輸出：方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和故障管理。

二、關(guān)鍵特性

1. 電源跟蹤和排序功能

LTC2926能夠處理多種電源上電配置文件，主要分為以下四種類(lèi)型：

• 重合跟蹤：確保兩個(gè)電源之間的電位差在任何時(shí)候都不超過(guò)指定電壓，防止雙電源IC中的破壞性閂鎖。例如，在某些應(yīng)用中，要求兩個(gè)電源在啟動(dòng)和關(guān)閉過(guò)程中以及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)同時(shí)上升和下降。
• 比例跟蹤：電源按比例上升和下降，適用于對(duì)電源比例有特定要求的應(yīng)用。
• 偏移跟蹤：電源之間存在固定的電壓偏移，可根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)置。
• 電源排序：一個(gè)電源在另一個(gè)電源之后啟動(dòng)，滿足系統(tǒng)中不同模塊的上電順序要求。

2. 自動(dòng)遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)

LTC2926提供集成的遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)，解決了控制電源斜坡的外部串聯(lián)MOSFET中的電壓降問(wèn)題。開(kāi)關(guān)在電源斜坡完成后閉合，允許電源模塊補(bǔ)償MOSFET上的I?R降。對(duì)于需要更多遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，可將RSGATE引腳連接到額外的外部N溝道MOSFET的柵極。

3. 故障管理

FAULT引腳允許外部上游監(jiān)控電路控制和與LTC2926通信。當(dāng)FAULT引腳電壓低于0.5V時(shí)，內(nèi)部故障鎖存器被設(shè)置，立即切斷主電源和從電源，并打開(kāi)遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)。故障鎖存器可通過(guò)將ON引腳電壓降至0.5V以下或降低VCC引腳電壓來(lái)復(fù)位。

4. 狀態(tài)輸出和電源良好超時(shí)

STATUS/PGI引腳作為狀態(tài)輸出，當(dāng)MGATE、SGATE1和SGATE2引腳完全增強(qiáng)且遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，該引腳上升，指示電源已完全斜坡上升。電源良好超時(shí)電路可在電源斜坡未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成時(shí)切斷電源，并設(shè)置故障鎖存器。

三、電氣特性

LTC2926的電氣特性在不同的工作條件下有明確的規(guī)定，以下是一些關(guān)鍵參數(shù)：

• 電源電壓：工作范圍為2.9V至5.5V，輸入電源欠壓鎖定（UVLO）在VCC上升時(shí)為2.2V至2.6V。
• 控制和I/O：ON引腳閾值電壓為1.23V，具有75mV的滯后；FAULT引腳輸入閾值電壓為0.5V。
• 斜坡緩沖器：RAMPBUF引腳提供低阻抗緩沖版本的RAMP引腳信號(hào)，輸出低電壓為32mV至60mV，輸出高電壓為60mV至80mV。

四、引腳功能

LTC2926的引腳功能豐富，每個(gè)引腳都在電源跟蹤和排序過(guò)程中發(fā)揮著重要作用：

• D1、S1、D2、S2：遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)，用于補(bǔ)償外部MOSFET上的電壓降。
• FAULT：負(fù)邏輯故障輸入/輸出，用于故障管理。
• FB1、FB2：反饋控制輸入/輸出，連接到從電源的反饋節(jié)點(diǎn)。
• MGATE：主柵極驅(qū)動(dòng)，用于控制外部N溝道MOSFET。
• ON：控制輸入，用于啟動(dòng)和停止電源斜坡。
• PGTMR：電源良好定時(shí)器，通過(guò)外部電容設(shè)置電源良好超時(shí)延遲。
• RAMP：斜坡緩沖器輸入，可連接到主斜坡信號(hào)。
• RAMPBUF：斜坡緩沖器輸出，驅(qū)動(dòng)跟蹤引腳的電阻分壓器。
• RSGATE：柵極驅(qū)動(dòng)，用于內(nèi)部和外部N溝道MOSFET遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)。
• SGATE1、SGATE2：從柵極控制器，用于控制外部N溝道MOSFET。
• STATUS/PGI：狀態(tài)輸出/電源良好輸入，用于與外部電路通信。
• TRACK1、TRACK2：跟蹤控制輸入，決定每個(gè)電源通道的跟蹤配置文件。
• VCC：正電壓電源，工作范圍為2.9V至5.5V。

五、應(yīng)用信息

1. 電源跟蹤和排序的實(shí)現(xiàn)

LTC2926通過(guò)跟蹤單元和柵極控制器單元的組合實(shí)現(xiàn)電源跟蹤和排序。跟蹤單元將TRACK引腳伺服在0.8V，F(xiàn)B引腳鏡像TRACK引腳的電流。柵極控制器單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)外部N溝道MOSFET的柵極，將FB引腳伺服在0.8V，從而建立從電源的輸出電壓。

2. 控制斜坡上升和下降行為

當(dāng)ON引腳為低電平時(shí)，遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，MGATE引腳拉低，主信號(hào)保持低電平。當(dāng)ON引腳上升到1.23V以上時(shí)，主信號(hào)斜坡上升，從電源跟蹤主信號(hào)。當(dāng)ON引腳下降到1.16V以下時(shí)，遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，MGATE引腳拉低，主信號(hào)和從電源以相同的速率下降。

3. 可選的主電源MOSFET

可使用外部N溝道MOSFET來(lái)斜坡上升一個(gè)電源，該電源可作為主信號(hào)。MOSFET的柵極連接到MGATE引腳，源極連接到RAMP引腳。為了補(bǔ)償主電源MOSFET上的電壓降，可添加一個(gè)可選的外部遠(yuǎn)程感測(cè)開(kāi)關(guān)。

4. 斜坡緩沖器的作用

RAMPBUF引腳提供RAMP引腳電壓的緩沖版本，驅(qū)動(dòng)跟蹤引腳的電阻分壓器。它在沒(méi)有外部MOSFET時(shí)可提供高達(dá)3mA的電流，在有外部MOSFET的系統(tǒng)中也能防止跟蹤單元的伺服機(jī)制將主輸出驅(qū)動(dòng)到0.8V。

5. 故障重試

如果將FAULT引腳連接到ON引腳，LTC2926在故障后會(huì)持續(xù)嘗試斜坡上升電源。故障重試的行為取決于故障信號(hào)的來(lái)源和持續(xù)時(shí)間。

六、設(shè)計(jì)步驟

1. 三步設(shè)計(jì)程序

• 設(shè)置主信號(hào)的斜坡速率：根據(jù)所需的主斜坡信號(hào)的斜坡速率（每秒伏特）和MGATE上拉電流（標(biāo)稱(chēng)值為10μA），計(jì)算MGATE引腳上的電容值。
• 選擇反饋電阻：根據(jù)從電源電壓和從負(fù)載，選擇反饋電阻。反饋電阻應(yīng)明顯大于負(fù)載電阻，特別是當(dāng)從電壓接近地時(shí)。
• 求解跟蹤電阻：根據(jù)所需的從電源斜坡速率、電壓偏移或時(shí)間延遲，求解跟蹤電阻。

2. 設(shè)計(jì)示例

通過(guò)幾個(gè)具體的設(shè)計(jì)示例，如重合跟蹤、比例跟蹤、偏移跟蹤和電源排序，展示了如何使用三步設(shè)計(jì)程序來(lái)確定組件值。

七、注意事項(xiàng)

1. 負(fù)載要求

弱電阻負(fù)載可能導(dǎo)致靜態(tài)和動(dòng)態(tài)跟蹤誤差。在電源快速下降時(shí)，負(fù)載必須能夠吸收足夠的電流以支持斜坡速率。當(dāng)電源接近地時(shí)，負(fù)載必須能夠吸收跟蹤電流而不產(chǎn)生大的偏移電壓。

2. 啟動(dòng)延遲

電源在施加輸入電源時(shí)可能不會(huì)立即啟動(dòng)。確保ON引腳在所有電源源可用之前不啟動(dòng)斜坡上升，以避免啟動(dòng)延遲。

3. RAMP引腳鉗位

RAMP引腳弱鉗位到VCC引腳，當(dāng)MGATE和RAMP連接在一起時(shí)，它們的引腳電壓不會(huì)超過(guò)VCC + 1V。如果RAMP引腳由能夠超過(guò)VCC的低阻抗源驅(qū)動(dòng)，應(yīng)包括一個(gè)串聯(lián)電阻以限制電流。

4. 布局考慮

在PCB布局時(shí)，應(yīng)將0.1μF旁路電容盡可能靠近LTC