USB电源过流保护芯片介绍

senlenced3

USB应用的电压等级是5V，但是有个波动范围是4.75到5.25V之间；USB2.0的电流大小是500mA，USB3.0的电流大小是900mA，因为USB相关组织规定了USB应用的安全性，因此对USB供电实现过流保护的功能，因此才产生USB过流保护芯片这个东西，当然保险丝可以实现同样的功能但是保险丝难以控制，利用熔断来保护系统，不够智能且难以恢复。

典型应用场景

以上就是典型的应用场景，即就是5V电源通过该芯片给后端USB供电，该芯片又由主控制器来控制；当未发生异常，则芯片一直持续工作；当发生过流时，系统主控可以很快地检测到这种情形，然后来关闭该芯片，进而保护系统以及后端负载。

发生过流的原因：
; w/ R" ], [  K3 J; ~8 d' e' A1、这个可能是系统本身设计的不合理或者异常导致的；
2、也有可能是负载发生短路或者负载异常导致的过流发生。

芯片符号

引脚描述

VIN：输入引脚，供电电源输入，这个电源提供负载输出电源以及内部供电；
% _% K1 E4 B& VGND：接地引脚；
! y8 d; G$ o, z# A3 _' H1 J: |3 QEN：输入引脚，芯片使能控制端；
( P) y" S" a; ^FAULT/：输出引脚，错误状态；该引脚上的逻辑低电平指示开关处于限流状态，或已被热保护电路关闭。这是一个漏极开路输出，允许对多个开关进行逻辑或。
CSLEW：输入引脚，摆率控制。 在此引脚和VIN之间添加一个小电容会减慢功率FET的导通速度。
VOUT：输出引脚，负载电源输出引脚，连接负载在这个引脚和地之间；
9 w5 L5 M% S2 V( g4 [ILIMIT：输入引脚，设定电流限制阈值引脚，连接一个电阻在这个引脚和地之间；
4 Y, |, K6 _3 m+ y4 W4 d4 N! l5 u9 IEP：热焊盘，此类芯片可能会发热，因此需要这个热封装焊盘接地；

Absolute Maximum Ratings 绝对最大参数

$ E! Y' t6 O% R" g/ E6 AAbsolute Maximum Ratings指的是绝对最大参数
* @5 f7 Q. A+ ^% ~; UVin和Vout指的是输出输入电压范围；
% n1 U3 U4 @1 p5 cAll other pins指的是除过输入电源和输出电源的引脚；
Power Dissipation指的是功耗最大值；
Continuous Output Current指的是持续输出电流能力；
Maximum Junction Temperature指的是芯片晶圆表面的最大温度值；
; j4 l! T0 Q! m$ E5 SStorage Temperature指的是存储温度；
Lead Temperature指的是焊接温度；

Electrical Characteristics 电气参数值

Ileak指的是漏电流的大小，请注意测试条件或者环境是当输出为0V，EN引脚不使能状态时，输出漏电流大小为最大100uA；

**RDS(ON)**指的是当电源芯片开启工作时，5V输出，100mA负载下，功率MOS管的导通阻抗为最大275mΩ，也就是0.2欧；

ILIMIT指的是输出电流的限制值，这个取决于选择芯片型号，一般是有固定输出电流限制值的版本，也有可调节输出电流限制的版本；

3 l2 v: O4 X4 RRDSCHG指的是负载泄放电阻，注意测试条件是当输入为5V电压，测得的阻抗值为最大200欧姆；

其实这个准确描述是当输入通电，EN脚不使能，在输出端加上一定电压，此时测得电流就可以知道泄放电阻的大小；

ESD 静电防护等级

; T% I* P$ W' o2 u* A" Q个 人 理 解 \color{#FF3030}{个人理解}个人理解

ESD等级指的是ESD的防护等级，请注意芯片的静电防护等级和我们直接使用静电枪来测试测试系统的静电等级不一致，芯片测试的仪器是专用仪器，相当贵。

请注意
1、VESD_HB指的是人体放电模型；
9 N6 d1 P" K" S# \# c2 A+ C2、VESD_MCHN指的是机器放电模型；

相关时序

这个时序表示的是当EN使能时，输出电压输出的电压曲线与时间的关系。要注意上调图中的延迟时间。

功能框图

VUVLO指的是输入电源的保护，包含过压保护与欠压锁定（就是芯片输入电源太低，保护芯片不启动，具体的原理就是输入增加的比较器电路，输入电压和设定值比较，一般速度是很快的）。

GATE CONTROL指的是门极控制，主要是控制功率MOS管的开启与关断；

THERMAL SENSOR指的是热传感，即就是芯片过热时，也会将芯片关断，直到芯片内部温度降到设定的阈值以下。

CONTROL VOLTAGE DETECTOR指的是芯片内部的逻辑功能控制部分，是芯片最为核心的部分，也就是芯片的大脑。

功能描述1.输入和输出

VIN既是驱动开关的内部电路的电源连接，也是功率MOSFET开关的输入（源极连接）。VOUT是功率MOSFET和电源的漏极连接给负载供电。在典型电路中，电流从VIN流向VOUT，流向负载。由于启用时开关是双向的，因此如果VOUT大于VIN，电流将从VOUT流向VIN。当开关被禁用时，除了很小的不可避免的几微安的漏电流外，电流不会流到负载。 但是，当开关禁用时，如果VOUT超过VIN的二极管压降（〜0.6 V）以上，则电流将通过功率MOSFET的体二极管从输出流向输入。

如果您的应用程序需要释放CLOAD，请考虑使用MIC20X4或MIC20X7。 这些MIC20XX系列成员均配有放电FET，以确保CLOAD完全放电。

2.电流检测和限制

MIC20XX通过持续监控流过片上功率MOSFET的电流来保护系统电源和负载不受损坏。负载电流通过与功率MOSFET开关并联的电流镜进行监控。 电流限制被调用当负载超过设置的过电流阈值时。

激活电流限制后，输出电流将被限制为极限值，并保持在该水平，直到移除负载/故障，负载的电流需求降至极限值以下或开关进入热关断状态为止。

图3标签键：
A.MIC201X负载过大（在该时间尺度上看不到压摆率限制）初始电流浪涌受整体电路电阻和电源兼容性的限制，或者次级电流限制，以较小者为准。
由于内部发热，功率FET的RON增加（为强调起见，夸大了效果）。
$ G# O- v- z5 B& ?: ~) uC.Kickstart™期。
6 q( ]9 R' i7 U: `: Y0 [) }' GD.启动电流限制。 故障/变为低电平。
E.VOUT不为零（负载很重，但在VOUT = 0V时不会出现短路）。短路响应的极限响应将是相同的）。
F.热关机，然后热循环。
G.释放了过多的负载，仍保持正常负载。 MIC201X退出电流限制。
# A8 y. R7 ?* X9 e8 v  D. RH.FAULT /延迟时间，然后是FAULT /变为高电平。

个 人 理 解 \color{#FF3030}{个人理解}个人理解

过流相关新式叫法这个称谓只是自己厂商的叫法，其实就是当过流状况发生时，状态只是输出Fault变为低电平表示芯片输出异常，此时芯片内部开始控制，也就是开始进行MOS的关闭，但是在此过程中，因为不是一直关闭而是关闭一段时间再开启一段时间，如此循环，也就是过流解除了，就会恢复到稳定状态；另外因为处理有延迟，因为可能有误差；注意在此过程也伴随着过热的状态，因为短路电流很大，造成的发热很厉害，此时一旦芯片内部温度达到设计定阈值，芯片仍旧会关断输出。

3.Undervoltage Lock-Out欠压锁定输出

欠压锁定功能可确保在器件达到最低2V，典型2.25V和最高2.5V的UVLOTHRESHOLD最低输入电压之前，不会发生异常操作。（请注意不同的芯片欠压保护存在差异，但是差异很小，基本都在2V左右）。
在达到该电压之前，输出开关（功率MOSFET）为OFF，并且没有任何电路功能（例如FAULT /或ENABLE）被认为是有效或可操作的。

当启用开关时，VUVLO用作输入电压监控器。监控VIN引脚的电压降，表明VIN电源负载过大。
" t: A" D6 ?8 }) I9 x/ U2 T9 k  v" U当VIN低于VULVO阈值电压（VVUVLO_TH）达32ms或更长时，MIC20XX将禁用开关以保护电源并允许VIN恢复。经过128ms后，MIC20X6使能开关。
只要VIN低于典型值为250mV的VUVLO阈值电压（VVUVLO_TH），此禁用和使能循环就会继续。
! Y9 M2 B# ]( N. P: \/ X3 l% zVUVLO电压通常由VIN至GND之间的分压器建立。

个人理解

实现方式就是使用两个分压电阻，将Vin分压的电压给到芯片相关引脚，该分压值和该引脚内部参考电源作比较，当分压值小于参考电压时，芯片锁定不开启，从而保护芯片实现欠压锁定，该功能的反应时间一般是nS级别。

4.ENABLE 使能控制

ENABLE引脚是逻辑兼容输入，可激活主MOSFET开关，从而为VOUT引脚供电。ENABLE是高电平有效或低电平有效的控制信号。ENABLE可能被驱动为高于VIN，但不高于5.5V且不低于–0.3V。

个人理解

注意，该引脚我们一般是直接上拉到Vin或者下拉电阻到地；还有就是通过处理器的IO口来控制这个引脚，但是此时我们需要注意使用IO口时，尽量不要上拉处理，需要上拉的需要时注意IO口的电压范围，请注意是3.3V还是5V。

fordies1

发生过流的原因：
1、这个可能是系统本身设计的不合理或者异常导致的；
2、也有可能是负载发生短路或者负载异常导致的过流发生。