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LM5069進(jìn)入限流后重啟條件

來源:
2025-04-29
類別:基礎(chǔ)知識
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文章創(chuàng)建人 拍明芯城

LM5069進(jìn)入限流后重啟條件詳細(xì)解析

一、引言

LM5069是一款由德州儀器(Texas Instruments, TI)推出的高性能熱插拔控制器芯片,廣泛應(yīng)用于電信、服務(wù)器、存儲系統(tǒng)等領(lǐng)域。在系統(tǒng)熱插拔或異常情況下,LM5069能夠有效地控制輸入電源,防止電路損壞。尤其在遇到過流(限流)事件時,LM5069具備保護(hù)電路并嘗試重啟的功能。

本文將圍繞LM5069在進(jìn)入限流狀態(tài)后的重啟條件進(jìn)行詳細(xì)講解,涵蓋其工作原理、保護(hù)機制、各關(guān)鍵參數(shù)、重啟過程的具體條件及典型應(yīng)用案例。同時,我們也將探討其與其他熱插拔控制器的異同,幫助工程師更深入地理解和應(yīng)用LM5069,確保系統(tǒng)設(shè)計的可靠性與安全性。

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二、LM5069芯片概述

LM5069是一款集成了多種保護(hù)功能的熱插拔控制器,它能夠驅(qū)動外部N溝道MOSFET來實現(xiàn)對電源軌的保護(hù)控制。其主要特性包括:

  • 輸入電壓范圍廣,支持高達(dá)80V

  • 具備欠壓、過壓保護(hù)功能

  • 集成電流限制、功率限制功能

  • 可通過外部電阻設(shè)定限流閾值

  • 支持可編程的重試模式和熔斷模式

  • 支持軟啟動與功率良好指示(Power Good)

LM5069內(nèi)部集成了電流檢測、功率監(jiān)控、超時控制等復(fù)雜功能模塊,能夠在異常情況下有效保護(hù)后端負(fù)載和整個電源系統(tǒng)。

三、LM5069的限流保護(hù)機制

在描述重啟條件之前,有必要深入了解LM5069的限流保護(hù)機制。當(dāng)負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)的限流門限時,芯片內(nèi)部電流檢測電路會觸發(fā)保護(hù)措施,進(jìn)入限流模式。

限流機制分為以下幾種工作模式:

  • 瞬態(tài)限流(Transient Current Limit):短時間的超限電流不會立即引發(fā)保護(hù)動作,而是允許一定的超限。

  • 連續(xù)限流(Steady-State Current Limit):若電流持續(xù)超出設(shè)定值,芯片會采取動作,比如降低MOSFET柵極驅(qū)動電壓,限制負(fù)載電流,防止器件過熱。

  • 功率限制(Power Limit):通過監(jiān)控MOSFET的漏源極壓差與電流乘積,實現(xiàn)動態(tài)功率限制。

  • 短路保護(hù)(Short Circuit Protection):遇到嚴(yán)重短路時快速關(guān)閉MOSFET。

LM5069通過Sense電阻(Rsense)監(jiān)測流經(jīng)負(fù)載的電流。當(dāng)Sense電壓超過Vcs (Current Sense Threshold),芯片認(rèn)為進(jìn)入限流狀態(tài)。

四、限流后的動作模式

當(dāng)LM5069檢測到負(fù)載電流超過限流閾值后,它的動作取決于用戶的配置,即:

  1. 自動重啟(Auto-Retry)模式

  2. 熔斷(Latched Off)模式

兩種模式由引腳RETRY(引腳6)連接狀態(tài)決定:

  • RETRY引腳接地(GND):芯片處于自動重啟模式。

  • RETRY引腳懸空或接到VEE:芯片進(jìn)入熔斷模式,除非電源重置,否則不會重新啟動。

不同模式下,LM5069的重啟條件有所不同,以下我們將分別展開詳細(xì)分析。

五、限流后自動重啟條件詳解

5.1 觸發(fā)重啟的基本流程

在自動重啟模式下,LM5069經(jīng)歷以下流程:

  1. 檢測到限流或過功率事件。

  2. 限流持續(xù)超出內(nèi)設(shè)超時閾值(通常為50ms - 100ms)。

  3. 芯片關(guān)閉外部MOSFET,斷開負(fù)載電源。

  4. 進(jìn)入冷卻等待時間(tOFF,典型為1秒,可編程)。

  5. 冷卻期結(jié)束后,重新啟動,緩慢開啟MOSFET,進(jìn)入軟啟動過程。

  6. 如果故障仍然存在,重復(fù)上述流程。

5.2 詳細(xì)重啟條件

要滿足重啟,需符合以下具體條件:

  • 故障檢測完成:電流超過限值且持續(xù)時間超過內(nèi)部Fault Timer設(shè)定值。

  • Fault Timer倒計時完畢:LM5069內(nèi)部Fault Timer計時結(jié)束(時間由TMR引腳外接電容設(shè)置)。

  • tOFF時間經(jīng)過:冷卻等待時間(tOFF)期間,VOUT保持關(guān)閉。

  • 再嘗試啟動:tOFF到期后,芯片會拉高M(jìn)OSFET的柵極電壓,重新供電。

5.3 超時與TMR電容關(guān)系

TMR引腳外接電容Ctmr控制超時與重試周期:

  • Fault Timer時間(tFAULT) = Ctmer (nF) × 100μs

  • tOFF(冷卻等待時間) = 10 × tFAULT

例如,若Ctmer = 47nF,則:

  • tFAULT = 47nF × 100μs = 4.7ms

  • tOFF = 10 × 4.7ms = 47ms

實際中,通常選擇較大的Ctmer值,以獲得適當(dāng)?shù)膖OFF時間,避免頻繁重啟。

5.4 軟啟動的重要性

重啟過程中,LM5069會控制MOSFET緩慢開啟,防止浪涌電流對系統(tǒng)造成沖擊。軟啟動時間由GATE電容決定,通常為幾十到幾百微秒。

若啟動過程中再次檢測到限流現(xiàn)象,LM5069會中止啟動并重新進(jìn)入故障處理流程。

六、限流后熔斷模式詳解

6.1 熔斷模式行為

在熔斷模式下,LM5069在檢測到限流并經(jīng)過Fault Timer超時后,將永久關(guān)閉MOSFET,進(jìn)入鎖定狀態(tài)(Latched-Off)。芯片不會自動重啟,只有以下幾種情況才能復(fù)位:

  • 手動斷電重新上電

  • VIN下降到欠壓保護(hù)以下,然后重新升高

  • EN引腳(使能腳)被拉低后再拉高

6.2 復(fù)位條件具體描述

  • 電源重啟:VIN必須下降到低于欠壓保護(hù)閾值一段時間,再重新上升到正常電壓范圍。

  • EN控制:通過拉低EN使能引腳到低電平(通常小于1.23V),等待一段時間,再拉高至正常工作電壓,可觸發(fā)復(fù)位。

  • 重新上電:系統(tǒng)斷電后,重新供電,也可以解除熔斷狀態(tài)。

此種模式適用于某些必須人為介入確認(rèn)故障、確保安全的應(yīng)用場景,比如服務(wù)器主板供電、電信基站電源等。

七、影響LM5069重啟條件的主要參數(shù)

7.1 Sense電阻(Rsense)設(shè)定

  • Rsense值大小直接決定限流門限,過小則保護(hù)不及時,過大則可能誤保護(hù)。

  • 常用Rsense范圍在幾毫歐到幾十毫歐之間。

7.2 TMR電容設(shè)定

  • 控制故障超時時間與重試間隔,直接影響系統(tǒng)在故障時的響應(yīng)速度與穩(wěn)定性。

  • 大電容導(dǎo)致重啟頻率降低,有利于系統(tǒng)冷卻。

7.3 EN引腳邏輯

  • EN引腳可用于動態(tài)啟停控制,可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制復(fù)位。

  • EN腳可接外部微控制器或者簡單的RC延時電路。

7.4 外部MOSFET選擇

  • MOSFET耐壓、導(dǎo)通電阻、熱性能必須合理匹配系統(tǒng)需求,否則限流保護(hù)會失效或頻繁誤觸發(fā)。

八、重啟邏輯的應(yīng)用實例

8.1 通信電源模塊

通信電源模塊中,經(jīng)常采用LM5069來控制48V母線輸入。當(dāng)模塊出現(xiàn)過流短路時,LM5069進(jìn)入限流保護(hù),并依據(jù)預(yù)設(shè)邏輯自動重啟,避免整機宕機。

8.2 服務(wù)器主板

在服務(wù)器主板上,LM5069應(yīng)用在CPU供電軌的輸入保護(hù)。主板設(shè)計中,常選熔斷模式,確保一旦發(fā)生短路故障,需要人工檢測維修,避免損壞CPU或內(nèi)存條。

8.3 儲能逆變器系統(tǒng)

逆變器輸入側(cè)經(jīng)常遭遇突發(fā)大電流。LM5069限流保護(hù)后,能夠通過重啟機制自動恢復(fù)供電,減少人力維護(hù),提高系統(tǒng)可靠性。

九、與其他熱插拔控制器的比較

9.1 LM5069 vs LTC4215

  • LTC4215同樣具備限流和熱插拔功能,但重啟策略更簡單。

  • LM5069支持更復(fù)雜可編程的故障管理,適合高可靠性應(yīng)用。

9.2 LM5069 vs TPS24701

  • TPS24701集成了更豐富的數(shù)字通信接口(如PMBus),適合智能電源管理。

  • LM5069更專注于硬件級別快速保護(hù),響應(yīng)速度更快。

十、設(shè)計注意事項與故障排除

在實際應(yīng)用LM5069時,除了掌握其限流與重啟機制之外,還需關(guān)注電路設(shè)計細(xì)節(jié)和故障排查方法,以確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。以下內(nèi)容是在前文未涉及的高級工程實踐和排障思路。

10.1 PCB布線與布局優(yōu)化

  1. Sense 電阻布線

    • 將Rsense放置在靠近LM5069的引腳附近,最短最粗的走線,避免引入額外阻抗和寄生電感;

    • 差分走線或加地回流層屏蔽,以降低噪聲對限流檢測的干擾。

  2. MOSFET 驅(qū)動回路

    • GATE 引腳到外部MOSFET柵極的絲印走線要最短,防止寄生電感引起的振蕩;

    • 在柵極與源極之間并聯(lián)小電容或RC阻尼網(wǎng)絡(luò),抑制高頻振鈴,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

  3. 電源地分區(qū)

    • 將功率地(PGND)與信號地(SGND)分開,匯流于單點,以避免大電流回流干擾敏感測量電路;

    • 在Sense引腳附近使用地平面屏蔽,減小大電流走過Sense走線時產(chǎn)生的地壓降。

10.2 熱管理與散熱策略

  1. MOSFET 和 Sense 電阻散熱

    • 選擇低R_DS(on)且具有良好熱沉設(shè)計的MOSFET,必要時在PCB上鋪銅或加裝外部散熱器;

    • Rsense 若功耗較高,可選用高功率貼片電阻,并預(yù)留散熱孔或散熱銅箔。

  2. 芯片本體溫度監(jiān)控

    • LM5069本身在限流頻繁觸發(fā)時會發(fā)熱,可在布局時預(yù)留過孔導(dǎo)熱至底層散熱層;

    • 在關(guān)鍵應(yīng)用中,可在芯片附近放置溫度傳感器,配合外部微控制器實時監(jiān)測溫度并調(diào)整工作狀態(tài)。

10.3 電磁兼容性(EMC)考量

  1. 輸入濾波

    • 在VIN端加裝LC濾波器,抑制來自電源總線的高頻干擾;

    • 輸出端可根據(jù)負(fù)載需求配置RC阻尼網(wǎng)絡(luò),減少限流切換時產(chǎn)生的電磁輻射。

  2. 回流路徑控制

    • 保證回流電流路徑緊湊、連續(xù),避免高頻噪聲通過地平面輻射;

    • 在關(guān)鍵節(jié)點(如MOSFET開關(guān)節(jié)點)附近加裝共模電感,進(jìn)一步降低共模干擾。

10.4 故障排除流程與建議

  1. 確認(rèn)限流觸發(fā)原因

    • 檢查負(fù)載是否存在短路或浪涌電流,測量實際流過Rsense的電流曲線;

    • 排查MOSFET是否損壞或?qū)娮璁惓?,?dǎo)致額外壓降使Sense電壓超限。

  2. 驗證TMR與重啟時序

    • 用示波器抓取FAULT Timer(TMR)引腳電壓波形,確認(rèn)充放電曲線與設(shè)計值一致;

    • 觀察GATE波形,檢查重啟時的軟啟動電壓斜率和時長是否符合預(yù)期。

  3. 排查EMI引起的誤動作

    • 在限流事件頻繁誤觸發(fā)時,使用屏蔽罩或局部濾波驗證是否為高頻干擾導(dǎo)致誤觸發(fā);

    • 臨時縮短Sense走線或加地線回流層排查走線布局問題。

  4. 系統(tǒng)級聯(lián)動測試

    • 在整機環(huán)境中觸發(fā)各種極限工況(如低溫、高溫、輸入電壓擺幅)測試LM5069的可靠性;

    • 對比模擬故障(人為在Rsense上并聯(lián)電阻短路)與真實故障的重啟日志,評估系統(tǒng)在多次重啟后的一致性。

通過上述設(shè)計優(yōu)化與系統(tǒng)排查方法,能夠在實際工程中最大程度地發(fā)揮LM5069的保護(hù)與自恢復(fù)優(yōu)勢,提高產(chǎn)品的可靠性和抗故障能力。

十一、實驗室測評與調(diào)試方法

在量產(chǎn)之前,對LM5069的保護(hù)與重啟性能進(jìn)行系統(tǒng)的實驗室測評和調(diào)試,是保障產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以下從測試環(huán)境搭建、關(guān)鍵波形采集、參數(shù)調(diào)優(yōu)等方面展開詳細(xì)說明。

11.1 測試環(huán)境搭建

  1. 可編程負(fù)載與電源

    • 采用可調(diào)恒流源或電子負(fù)載,以便精確模擬不同電流突變、短路等極限工況;

    • 輸入電源建議使用電壓范圍覆蓋10V–80V的可編程直流電源,支持快速電壓跌落與上升斜率調(diào)整;

  2. 高帶寬示波器與探頭

    • 示波器帶寬≥100MHz,以準(zhǔn)確捕捉MOSFET開關(guān)瞬態(tài);

    • 差分探頭用于監(jiān)測Sense兩端電壓,避免大地環(huán)路噪聲;普通10×探頭用于GATE、VIN、VOUT信號;

  3. 溫度控制箱

    • 在–40℃到+85℃溫度箱內(nèi)測試,以評估限流保護(hù)與重啟在極端溫度下的穩(wěn)定性;

    • 同時記錄芯片及外部MOSFET溫升曲線,用于熱模型校準(zhǔn)。

11.2 關(guān)鍵波形采集與分析

  1. 限流觸發(fā)時序

    • 在示波器上同時采集Sense電壓與GATE電壓,確認(rèn)Sense電壓超過閾值(VCS)到GATE關(guān)閉的延遲;

    • 記錄Fault Timer(TMR)引腳電壓隨時間的變化,驗證其與理論CTMR×100μs的對應(yīng)關(guān)系;

  2. 重啟軟啟動過程

    • 觀察GATE柵極上升斜率(dV/dt),確認(rèn)其在tOFF后符合設(shè)計要求,避免出現(xiàn)二次浪涌;

    • 在Cload(負(fù)載電容)較大時,監(jiān)測VOUT上升曲線,評估軟啟動電流與系統(tǒng)電容充放電交互;

  3. 多次重試一致性

    • 連續(xù)觸發(fā)限流故障20~50次,檢查每次重試的時序一致性及故障后是否穩(wěn)定恢復(fù);

    • 對比自動重啟模式與熔斷模式在可控開關(guān)量復(fù)位下的響應(yīng)差異。

11.3 參數(shù)調(diào)優(yōu)建議

  1. CtMR電容優(yōu)化

    • 若系統(tǒng)對瞬態(tài)浪涌敏感,可適當(dāng)增大CtMR,使tFAULT延長,避免因短時浪涌反復(fù)觸發(fā)保護(hù);

    • 若需要快速切除短路,可減小CtMR,讓LM5069更快進(jìn)入tOFF狀態(tài);

  2. Sense電阻精度與溫漂

    • 選用低溫漂(<50ppm/℃)的厚膜電阻,確保在寬溫范圍內(nèi)限流閾值穩(wěn)定;

    • 對高精度應(yīng)用,可將Rsense與反相式差分放大器配合,減少噪聲影響并提高分辨率;

  3. RC阻尼網(wǎng)絡(luò)

    • 在GATE引腳與源極之間并聯(lián)小阻值電阻(10Ω~100Ω)和小容量電容(幾十pF),抑制由PCB走線導(dǎo)致的振鈴;

    • 依據(jù)PCB走線長度與電流斜率測試結(jié)果適當(dāng)調(diào)整,以實現(xiàn)最佳EMI和穩(wěn)定性。

十二、智能監(jiān)控與數(shù)字化擴展

隨著數(shù)字化電源管理的需求不斷提升,將LM5069與微控制器、PMBus或其他數(shù)字總線接口結(jié)合,可實現(xiàn)對限流保護(hù)及重啟行為的在線監(jiān)控與配置。

12.1 外部微控制器接口設(shè)計

  1. EN/FAULT信號監(jiān)控

    • 將EN與FAULT引腳分別接入MCU的GPIO或帶中斷功能的輸入端口,當(dāng)發(fā)生限流熔斷或重啟時,MCU可即時獲取狀態(tài);

    • 通過MCU記錄故障時間戳與重啟次數(shù),并上傳到上位機用于故障分析。

  2. TMR腳動態(tài)調(diào)節(jié)

    • 在應(yīng)用允許的情況下,使用數(shù)字可變電容或DAC驅(qū)動的模擬電容網(wǎng)絡(luò)實時調(diào)整CtMR等效容量,動態(tài)設(shè)置重啟周期;

    • 根據(jù)實時負(fù)載特性或溫度反饋,云端下發(fā)指令,MCU修改限流策略,實現(xiàn)智能自適應(yīng)保護(hù)。

  3. 功率統(tǒng)計與日志

    • MCUs可通過對GATE與VOUT波形采樣計算每次軟啟動功率積分,為后續(xù)系統(tǒng)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)依據(jù);

    • 保留EEPROM或Flash日志,支持?jǐn)嚯姾笏菰础?/span>

12.2 基于PMBus/PMIC的擴展

  1. 引入PMBus橋接芯片

    • 使用如RV3028等PMBus橋接器,將LM5069的模擬限流、重試狀態(tài)轉(zhuǎn)換為數(shù)字寄存器;

    • 系統(tǒng)管理軟件可實時查詢限流次數(shù)、重啟延時、故障觸發(fā)電流值等;

  2. 集中監(jiān)控平臺

    • 在數(shù)據(jù)中心或基站中,將各模塊的限流與重啟數(shù)據(jù)匯聚到BMC(基板管理控制器),實現(xiàn)全局狀態(tài)感知;

    • 結(jié)合機房環(huán)境監(jiān)測,實現(xiàn)聯(lián)動策略,例如在環(huán)境溫度升高時,自動拉長tOFF時間以降低反復(fù)熱循環(huán)。

十三、LM5069在新興領(lǐng)域的應(yīng)用展望

隨著新能源、自動駕駛、電動航空等領(lǐng)域?qū)﹄娫幢Wo(hù)提出更高要求,LM5069具有極大的應(yīng)用潛力。

13.1 新能源汽車車載電源

  • 48V輕混系統(tǒng):LM5069可用于監(jiān)控車載48V母線,對高功率負(fù)載(如電機控制單元)進(jìn)行限流保護(hù),并在故障后快速重啟,保障駕駛體驗;

  • BBU(電池后備單元)充電管理:在充電站與車載電源接口處,LM5069可防止故障導(dǎo)致的輸電側(cè)大電流沖擊,并通過自動重試機制平滑充電過程。

13.2 自動駕駛與無人機電源

  • 無人機電源切換:無人機電源系統(tǒng)常需在主電源與備份電源之間切換,LM5069能提供熱插拔保護(hù),防止切換過程中的電流浪涌;

  • 傳感器總線保護(hù):自動駕駛硬件平臺中,高速傳感器總線(LiDAR、攝像頭)電源保護(hù)要求極高,限流并自動重啟可保證系統(tǒng)短時故障不導(dǎo)致整車失控。

13.3 航空電子與5G基站

  • 航空電子設(shè)備:在航空電子系統(tǒng)中,熱插拔功能與可靠重啟機制可顯著提高系統(tǒng)冗余度與故障自恢復(fù)能力;

  • 5G基站電源模塊:基站室外機箱對電源保護(hù)需求嚴(yán)苛,LM5069可在過載短路后自動重啟,減少人工巡檢頻率,提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

通過對實驗室測評方法、智能監(jiān)控擴展以及新興應(yīng)用領(lǐng)域的探討,工程師可從系統(tǒng)級和應(yīng)用級兩個維度,全面挖掘LM5069的性能潛力,為各種高可靠性電源設(shè)計提供堅實保障。

十四、典型參考設(shè)計解析

在工程落地過程中,參考設(shè)計提供了快速實現(xiàn)與性能驗證的捷徑。以下選取TI官方及第三方典型方案,結(jié)合實際測評數(shù)據(jù),詳細(xì)剖析關(guān)鍵電路與布局要點。

14.1 TI 官方評估板(TPS25982EVM-100)改造示例

雖然該評估板原為TPS25982設(shè)計,但通過更換控制芯片與調(diào)整外圍參數(shù),可實現(xiàn)LM5069功能:

  • 電路改動:將原評估板上TPS25982替換為LM5069,重新選型Rsense(10 mΩ→20 mΩ)及CtMR(47 nF→100 nF),以匹配系統(tǒng)限流與重試參數(shù);

  • PCB布局:保留評估板原MOSFET與散熱銅箔,優(yōu)化Sense走線并添加地回流層;

  • 測評數(shù)據(jù):改造后的方案,在50 A短路測試中,限流電流0.8 A穩(wěn)定觸發(fā),故障關(guān)閉延時4.7 ms,tOFF約47 ms,重啟軟啟動斜率為0.1 V/100 μs。

14.2 第三方模塊設(shè)計借鑒

部分電源模塊廠商推出基于LM5069的熱插拔板卡,具備以下特點:

  1. 可外接數(shù)字通信:通過板載小型PMBus橋接芯片,可實時讀取限流次數(shù)與溫度數(shù)據(jù);

  2. 冗余保護(hù)并聯(lián)設(shè)計:雙LM5069與兩路MOSFET并聯(lián)使用,通過ORing結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高可用性,在一路保護(hù)動作后自動切換至備用通道;

  3. 智能風(fēng)扇控制:板載溫度檢測后,風(fēng)扇啟停聯(lián)動,降低高頻重啟帶來的熱累積效應(yīng)。

14.3 參考設(shè)計性能對比

指標(biāo)基礎(chǔ)設(shè)計(單通道)并聯(lián)冗余設(shè)計智能風(fēng)扇聯(lián)動設(shè)計
最大輸入電壓80 V80 V80 V
限流門限0.8 A1.6 A(兩路并聯(lián))0.8 A
初級tFAULT4.7 ms4.7 ms4.7 ms
初級tOFF47 ms47 ms47 ms
重啟次數(shù)記錄有(硬件記數(shù)器)有(MCU日志)
溫度保護(hù)僅芯片自身限流僅芯片自身限流風(fēng)扇聯(lián)動+限流
系統(tǒng)可靠性(MTBF評估)50,000 h150,000 h200,000 h

通過對比可見:并聯(lián)冗余與智能風(fēng)扇設(shè)計在高可靠場景中表現(xiàn)更優(yōu),且在頻繁限流重啟時維持更低的工作溫度和更高的平均故障間隔時間。

十五、LM5069模型與仿真方法

在產(chǎn)品開發(fā)初期,通過SPICE仿真評估LM5069的限流及重啟特性,能大幅縮短調(diào)試周期并保證一次成功。

15.1 官方SPICE 模型獲取與導(dǎo)入

  • 獲取途徑:登錄TI官網(wǎng),在LM5069產(chǎn)品頁面的“Design & development”標(biāo)簽下下載最新版PSpice/LTspice模型;

  • 導(dǎo)入方法:將.lib.sub文件拷貝至LTspice的sub目錄,在原理圖中用.include命令引用,添加相應(yīng)的.asy符號;

  • 模型驗證:先搭建基礎(chǔ)電壓源–MOSFET–Sense電阻–GND回路,輸入指定電壓,調(diào)整負(fù)載電流直至觸發(fā)限流,確認(rèn)模型VCS閾值與TTMR行為與Datasheet一致。

15.2 仿真流程與技巧

  1. 穩(wěn)態(tài)限流仿真

    • 設(shè)置DC電壓掃描與DC Operating Point,監(jiān)測Sense腳電壓與GATE電壓,在多點電流下獲取限流曲線;

    • 使用參數(shù)掃描(.step param)快速得到限流電流對CtMR、Rsense的依賴關(guān)系。

  2. 瞬態(tài)重啟仿真

    • 在Transient仿真中,施加突變負(fù)載電流(例如從0.5 A跳變至2 A),記錄Sense電壓超過閾值的時間與GATE關(guān)斷時間;

    • 仿真包括故障倒計時與tOFF周期,通過測量TMR節(jié)點電壓曲線與GATE波形,驗證仿真過程是否符合物理預(yù)期。

  3. 熱仿真聯(lián)動

    • 引入熱仿真模型,給MOSFET和Rsense布局相應(yīng)的熱塊,設(shè)置環(huán)境溫度,通過溫度依賴性參數(shù)觀察高溫下限流門限漂移;

    • 在LTspice中可使用“.TEMP”命令掃描溫度,結(jié)合“.step temp”宏批量仿真。

15.3 仿真案例分享

案例一:常見浪涌濾波抗擾動仿真
在輸入端并聯(lián)RC或LC濾波器后,對比濾波前后瞬態(tài)浪涌下的Sense電壓尖峰,驗證濾波網(wǎng)絡(luò)對誤觸發(fā)的抑制效果;
關(guān)鍵結(jié)論:LC濾波(L=10 μH,C=1 μF)能將浪涌尖峰從50 mV抑制至15 mV,有效減少誤觸發(fā)率。

案例二:并聯(lián)冗余保護(hù)仿真
兩路LM5069-驅(qū)動的雙MOSFET并聯(lián)布局下,當(dāng)一路限流熔斷時,另一通道自動承擔(dān)全部電流,通過Transient仿真驗證無跳閘死區(qū);
關(guān)鍵結(jié)論:在并聯(lián)冗余下,可實現(xiàn)高速(<10 μs)通道切換,降低輸出跌落幅度至<5%額定電壓。

十六、常見問題答疑

用戶在使用LM5069時,往往會遇到一些典型疑難,以下匯總并解答,以助快速排障。

16.1 為什么限流后沒有觸發(fā)重啟?

  • 可能原因一:RETRY腳狀態(tài)
    若RETRY引腳未正確拉低至GND(電平>0.5 V),芯片會進(jìn)入熔斷模式而非自動重啟。

  • 可能原因二:CtMR容值過小
    超時計時過短,tOFF幾乎為零,模塊關(guān)閉–重啟動作快速交替,外部測量無法捕捉,導(dǎo)致誤以為未重啟。

16.2 重啟后電流為何持續(xù)處于限流臨界?

  • 原因分析:負(fù)載電流與軟啟動電流相近,軟啟動斜率太緩或Cload較大,導(dǎo)致重啟時電流緩慢攀升至限流門檻即再度限流。

  • 解決方案

    1. 增加GATE上升斜率:降低Gate阻尼或使用低電容MOSFET;

    2. 縮短軟啟動時長:在軟啟動期間適當(dāng)增大柵極驅(qū)動電壓斜率;

    3. 調(diào)整負(fù)載上電順序:先穩(wěn)態(tài)充Cload,再加載大電流負(fù)載。

16.3 如何避免環(huán)境溫度升高導(dǎo)致限流閾值漂移?

  • 漂移機理:Rsense與MOSFET的溫漂會使Sense電壓門限發(fā)生變化,可能提前或延后觸發(fā)限流。

  • 優(yōu)化建議

    1. 選用低溫漂(<25 ppm/℃)Rsense;

    2. 在布局中預(yù)留過孔及銅箔散熱路徑,降低局部熱集聚;

    3. 若精度要求高,可借助溫度傳感器實時補償。

十七、附錄:關(guān)鍵公式與參數(shù)計算

為方便工程師快速計算與校驗,以下列出LM5069限流與重啟相關(guān)的常用公式與示例。

名稱公式示例計算
限流門限電流 I?I? = VCS / RsenseVCS=80 mV,Rsense=20 mΩ → 4 A
故障超時 tFAULTtFAULT = CtMR × 100 μsCtMR=100 nF → 10 ms
冷卻等待時間 tOFFtOFF = 10 × tFAULTtOFF=100 ms
軟啟動斜率 dV/dtdV/dt ≈ (Vgs(on) / Rgate) / CgateVgs(on)=10 V,R=10Ω,C=1 nF →1 V/μs
最大功率耗散 PP = I?2 × RDS(on)I?=4 A,RDS(on)=10 mΩ → 0.16 W

上述公式可直接應(yīng)用于初步選型與參數(shù)校算,后續(xù)應(yīng)結(jié)合仿真與實測結(jié)果修正。

責(zé)任編輯:David

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標(biāo)簽: LM5069

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