深入剖析LM9061與LM9061 - Q1高側(cè)保護(hù)控制器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，高側(cè)保護(hù)控制器對(duì)于保障電路穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。今天我們就來深入探討德州儀器（TI）的LM9061和LM9061 - Q1高側(cè)保護(hù)控制器，看看它們有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

LM9061和LM9061 - Q1是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高側(cè)保護(hù)控制器，通過了AEC - Q100認(rèn)證。其中，LM9061 - Q1的人體模型（HBM）靜電放電分類等級(jí)為2，充電設(shè)備模型（CDM）靜電放電分類等級(jí)為C4B，這表明它在抗靜電方面表現(xiàn)出色。該系列產(chǎn)品能夠承受60V的電源瞬變，當(dāng) (V_{CC}>30V) 時(shí)具備過壓關(guān)斷功能，還擁有無損過流保護(hù)鎖存關(guān)斷特性，無需電流檢測(cè)電阻，可有效降低高電流負(fù)載下的功耗。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

（一）MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)

LM9061內(nèi)置電荷泵電路，能產(chǎn)生高于電源電壓的電壓，為高側(cè)MOSFET晶體管提供柵極驅(qū)動(dòng)。無論是單個(gè)N溝道功率MOSFET，還是多個(gè)并聯(lián)以滿足大電流應(yīng)用的MOSFET，都能輕松驅(qū)動(dòng)。在使用時(shí)，需要注意在MOSFET開啟時(shí)，柵極的輸出電流由 (V{CC}) 電源引腳提供，因此 (V{CC}) 引腳必須用至少為柵極電容10倍且不小于0.1μF的電容進(jìn)行旁路。

（二）無損過流保護(hù)

這是LM9061的一大特色功能。它通過監(jiān)測(cè)MOSFET的漏源電壓降 (V_{DS}) 來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)，而不是像傳統(tǒng)方法那樣使用串聯(lián)在負(fù)載中的小功率電阻來檢測(cè)電流。這樣做的好處是，所有來自電源的可用能量都能傳導(dǎo)到負(fù)載，僅存在MOSFET自身的功率損耗。通過合理選擇功率MOSFET，可以將這種損耗降到最低。同時(shí)，該功能還能讓所有應(yīng)用僅使用標(biāo)準(zhǔn)的廉價(jià)?W或更小的電阻。

（三）延時(shí)定時(shí)器

延時(shí)定時(shí)器功能允許MOSFET在短時(shí)間內(nèi)通過超過保護(hù)閾值的電流。通過在Delay引腳8連接一個(gè)電容到地，可以設(shè)置延時(shí)時(shí)間間隔。當(dāng)負(fù)載電流浪涌使保護(hù)比較器輸出高電平時(shí)，放電晶體管關(guān)閉，內(nèi)部10 - μA電流源開始對(duì)延時(shí)電容進(jìn)行線性充電。如果浪涌電流持續(xù)時(shí)間足夠長，電容充電到定時(shí)比較器閾值（典型值為5.5V），比較器輸出高電平，觸發(fā)觸發(fā)器并立即鎖存MOSFET關(guān)斷，直到ON/OFF輸入信號(hào)從低到高切換才會(huì)重新啟動(dòng)。

（四）過壓保護(hù)

LM9061在 (V{CC}) 電壓高達(dá) + 26V時(shí)仍能正常工作。當(dāng) (V{CC}) 超過典型值 + 30V時(shí)，它會(huì)關(guān)斷MOSFET以保護(hù)負(fù)載免受過高電壓的影響。當(dāng) (V_{CC}) 回到正常工作范圍后，設(shè)備無需切換ON/OFF輸入即可恢復(fù)正常工作，這在諸如汽車應(yīng)用等容易出現(xiàn)周期性電壓瞬變的場(chǎng)景中非常實(shí)用。

（五）其他特性

• 反向電池保護(hù)：當(dāng) (V{CC}) 相對(duì)于地為負(fù)時(shí)，需要將 (V{CC}) 引腳的電流限制在20mA以內(nèi)，建議在 (V_{CC}) 輸入處串聯(lián)一個(gè)二極管，該二極管的壓降對(duì)電荷泵柵極過驅(qū)動(dòng)輸出電壓影響不大。
• 欠壓關(guān)斷功能：典型的欠壓關(guān)斷（UVSO）閾值為6.2V，且無滯后現(xiàn)象。當(dāng) (V{CC}) 處于7V（確保的最小工作電壓）和UVSO閾值之間時(shí)，MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)、延時(shí)定時(shí)器和保護(hù)電路的操作無法得到保證，應(yīng)避免在此區(qū)域操作。當(dāng) (V{CC}) 低于UVSO閾值時(shí)，電荷泵禁用，柵極以正常關(guān)斷電流沉速率（典型值為110μA）放電。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

LM9061和LM9061 - Q1的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，涵蓋了汽車和工業(yè)控制等多個(gè)領(lǐng)域：

1. 汽車領(lǐng)域：可用于變速器控制單元（TCU）、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、閥門、繼電器和螺線管驅(qū)動(dòng)器、燈驅(qū)動(dòng)器等。
2. 工業(yè)領(lǐng)域：適用于直流電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)器、邏輯控制電源分配開關(guān)、電子斷路器、高功率音頻揚(yáng)聲器等。

四、典型應(yīng)用案例

（一）驅(qū)動(dòng)多個(gè)MOSFET

對(duì)于需要多個(gè)并聯(lián)MOSFET來提供必要負(fù)載電流的應(yīng)用，LM9061是一個(gè)理想的驅(qū)動(dòng)器。例如，通過四個(gè)并聯(lián)的NDP706A MOSFET組成的電路，在25°C時(shí)可提供典型的最大負(fù)載電流150A，在125°C時(shí)為100A。在設(shè)計(jì)這類電路時(shí)，需要確保所有MOSFET具有相同的電氣和熱特性，可使用同一制造商的同一型號(hào)產(chǎn)品，并使用相同類型的散熱器，理想情況下應(yīng)安裝在同一個(gè)散熱器上。同時(shí)，要特別注意MOSFET的電氣連接，避免因連接不良導(dǎo)致某個(gè)MOSFET在電路中失效。

（二）雙向應(yīng)用

• 背對(duì)背MOSFET配置：在傳統(tǒng)的LM9061配置中，由于FET的方向，只能在電流從漏極流向源極時(shí)切換導(dǎo)通狀態(tài)。對(duì)于可能出現(xiàn)反向電流的應(yīng)用，可采用背對(duì)背MOSFET配置，即在原有的FET基礎(chǔ)上串聯(lián)一個(gè)額外的FET，這樣可以在LM9061處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)完全斷開負(fù)載和電源，防止雙向電流。需要注意的是，由于額外FET的加入，會(huì)增加?xùn)艠O電容，導(dǎo)致開啟和關(guān)斷時(shí)間增加。為了給LM9061提供合適的電源電壓，可使用兩個(gè)二極管將兩個(gè)輸入連接到 (V_{CC}) ，以確保設(shè)備在運(yùn)行過程中不會(huì)與電源斷開。
• 具有反向過流保護(hù)的雙向開關(guān)：傳統(tǒng)的雙向開關(guān)無法監(jiān)測(cè)兩個(gè)方向的過流情況。為了實(shí)現(xiàn)具有雙向過流保護(hù)的雙向開關(guān)，可使用兩個(gè)LM9061設(shè)備分別控制每個(gè)FET，并將ON/OFF引腳連接在一起，這樣就可以通過一條線路來切換開關(guān)狀態(tài)。

五、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（一）電源供應(yīng)

在MOSFET開啟時(shí)，柵極的輸出電流由 (V{CC}) 電源引腳提供，因此 (V{CC}) 引腳必須用至少為柵極電容10倍且不小于0.1μF的電容進(jìn)行旁路。當(dāng) (V{CC}) 相對(duì)于地為負(fù)時(shí)，如在反向電池情況下，需要將 (V{CC}) 引腳的電流限制在20mA以內(nèi)，建議在 (V_{CC}) 輸入處串聯(lián)一個(gè)二極管。

（二）布局設(shè)計(jì)

• (V{CC}) 的旁路電容應(yīng)盡可能靠近 (V{CC}) 引腳放置。
• (R{REF}) 電阻應(yīng)盡可能靠近I (REF) 和接地引腳放置，且走線長度要盡量短，以確保I (REF) 電流的準(zhǔn)確性。建議使用15.4kΩ ± 1%的電阻作為 (R{REF}) 。
• 在 (V{CC}) 電源容易受到高瞬態(tài)噪聲影響的應(yīng)用中，建議在 (R{REF}) 兩端并聯(lián)一個(gè)不大于0.1μF的旁路電容，并將其盡可能靠近I (REF) 引腳放置。
• (R{THRESHOLD}) 和 (SENSE) 電阻應(yīng)分別盡可能靠近MOSFET的漏極和源極引腳放置，以便準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)MOSFET的 (V{DS}) 電壓。
• 可在通往輸出負(fù)載的高電流路徑上設(shè)置一系列過孔，以幫助將熱量傳導(dǎo)到內(nèi)層平面區(qū)域或底層銅平面。

六、總結(jié)

LM9061和LM9061 - Q1高側(cè)保護(hù)控制器憑借其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分了解其特性和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理的選型和設(shè)計(jì)，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。