便携式消费电子产品如数码相机、MP3播放器、DV摄像机、手机、掌上电脑和PDA的迅速增长，为电子设备制造商创造了一个极具竞争性的局面。制造商必须比竞争对手更快地在市场推出各式既新又好的产品，同时又要满足消费品用户对于高性能、小体积和价格实惠等永无止境的需求。将多项功能融合于一项产品中，例如带有相机、MP3、USB数据接口和PDA功能的智能手机，无疑会增加设计的复杂性。这个趋势也使外设的数量增加，通过扩展的插槽、串行数据总线或可插拔功率接口接入设备。设计这些最新产品的软件和硬件人员必须将功耗降至最低 (以延长电池寿命)、减少元件数目和电路板占位空间，以及保证产品的功能和品质；并同时以三、五年前无法想象的更快速度将产品推向市场。

更复杂的是，这些最终产品制造商必须确保产品在与全球众多第三方厂家制造的外部附件接口时能正常运行。这些附件包括：充电器、通信卡、数据录入/键盘连接、闪存卡、打印机、有线耳机、无线耳塞和通信电缆。设计人员必须考虑这些外部端口和卡插槽需要连接到嵌入消费电子产品中的敏感集成电路上。如果在连接电缆或激活内部功率总线时出现个别连接器故障或电平时序错误，又或出现过量电流冲击，都会损坏产品或降低其性能，导致使用质量出现问题。这会引起用户不满，从制造商角度看更会影响市场份额。本文将讨论新型负载管理和保护产品的保护方法、选择及实现方案，以避免这些问题发生，确保制造商的终端产品坚固耐用，可满足苛刻的外部使用条件。图1所示为典型的负载管理电路应用。

图1 典型负载开关应用（略）

要实现标准的负载开关电路，除了那些用于控制设备开启的有效逻辑或使能信号外，还需要一些分立元件和PMOS器件。上图所示方案并没有包括确保系统在前述故障情况下正确运行所需的保护、控制功能或软件。

图2 （略）

下例给出的方案将多种保护和控制功能集成在单个器件中，从而简化了产品设计、减少板卡占位空间和元件数目。结合欠压、过流、过充电流、短路和过热的保护功能对设计人员而言非常重要。新一代产品需要在小型SMD器件中集成以上所有功能，加上所必需的控制功能，以满足设计人员的要求及使这些产品更易于用户使用。

从设计角度看，将这些保护和控制功能集成在一个IC中能够简化设计、减少元件数目、增强可靠性，而且符合行业标准，也满足了消费者对于最新技术和功能的需求。

过流保护

随着便携式产品不断进化，并集成更多功能，产品复杂度提高，许多应用的负载电流都必须限制，以便保护内部功率总线、外部电池，或插接在设备上的外接设备和附件。基于这类连接的特性，内部处理器或其它硬件往往无法检测负载或设备是否产生过量电流，或超负荷运行。这类外设通常会有视为“正常”运行情况下的额定功耗 (一般为电流)，但是，这些设备可能会出现故障或受限制的电源接口，以免内部电池出现过度充电、放电，或其它影响性能表现的情况。飞兆半导体的FPF210X和 FPF200X产品正是集成电路解决方案的一个示例，具有多种保护/控制功能，尤其是过流保护。这两种器件均具有过流保护功能，当故障发生时，可以快速响应正常和短路状况，以免出现损坏。下表列出了最小、额定和最大电流值。

图（略）

在选择器件时，设计人员必须考虑其特定应用的额定、最大和最小电流，确保产品性能在所需应用范围内。例如，如果设定额定负载电流小于400mA，设计人员将考虑采用FPF2110器件，因该器件在最小400mA时会触发保护 (见产品数据表)。设计人员同时需要验证在最大过流达800mA时，系统不会出现损坏或异常运作。

限流功能的运作关键是在短路或过流时保护电路的响应速度。一般来说，器件对于短路的响应时间非常短促(FPF210X器件为20nS)，能保护系统不被损坏，其正常过流响应速度也很快(FPF210X器件通常为 3μS)。如果所选器件具有足够的限流保护能力，能够适当地响应短路和过流状况，设计人员就能保证系统正常工作。

欠压锁定保护 (UVLO)

另一个重要的设计问题是：在供电电压 (无论是电池供电或低压DC电源供电) 短暂下降导致其它重要的IC芯片出现异常操作时，包括DSP、媒体处理器或其它硬件设备，系统会怎样应对。IntelliMAX FPF200X 和 FPF210X 器件均集成了UVLO保护电路，能够应付一定程度的电源电压不稳定或电池电压太低情况。该电路确保开关在输入电压低于某一特定阈值时不会开启。对于这些设备，阈值应设为最小1.5V、额定1.6V及最大1.7V。同样重要的是，这个设计包括内设迟滞参数 (一般为47 mV)，以确保输入电压回升时器件不会在设定阈值附近出现间歇性关断。如果ON引脚置位，VIN信号朝设定阈值上升，在达到VTH时器件将开启，并且不会再关断，除非输入电压降到设定阈值以下并越过迟滞参数幅度。因此，设计人员必须保证该开关 (处于激活态) 的工作范围在UVLO 电路设定阈值以上并超过迟滞参数幅度。

过冲电流限制

功率管理设计人员面对的另一个挑战是开关开启时由电容性负载引起的过冲电流或功率过冲处理。过去，设计人员需要在电容值和导通及涌流管理之间作出取舍，电容值的大小将决定开关或数字电路在电源产生的噪声或电磁干扰 (EMI)的大小。飞兆半导体最新的负载管理器件IntelliMAX 将涌流限制电路集成在器件中，以控制集成PMOS开关的开启，因此无需调整外部电容就能最大限度地减小涌流和过冲。该芯片的控制部分允许PMOS输出器件一般在25μS时间内缓缓开启，并防止产生过大的过冲电流。过冲电流的强度取决于系统的具体工作条件(V IN 、V OUT 、Inominal和Imax)并需要就应用环境进行检验测试。下图所示为涌流限制示例，其中，200mA的额定电流通过FPF210X器件导通。在10Ω负载 (短路仿真) 上测出的过冲小于30%；C OUT 为1.0μF。降低过冲电流可减少功率损耗，并避免系统损坏或系统中其它部件因瞬变和应力产生异常行为。

图3（略）

热限制/保护

为了防止系统内部和外部温度过高，IntelliMAX 器件集成了热关断控制电路，让器件在温度达到结温时关断 (带滞后参数)。在温度超限的情况下，FLAG B引脚将置位，而器件会因此关断。当器件冷却到设定的“恢复”阈值温度 (包括10℃ 滞后)时器件会重启。设置滞后余量是为了防止器件在阈值温度附近发生间歇性关断。

图（略）

热保护功能对于集成开关非常重要，尤其是需要对由外部和内部环境引起的过热进行限制的便携式系统或直流电驱动系统。

逆方向电流保护

两个关键因素促使越来越多的消费电子和企业级产品趋向便携式方向发展：一是众多低成本的先进电池技术；另一个因素是各大核心芯片组供应商为便携式产品提供的快速集成方案。这些因素加上便携式产品采用可插拔电源和USB端口，进一步提高电源管理的设计要求，因为产品都涉及到电源的进出管理 (进：如充电或外部电源供应；出：如对外部附件供电)。过去，功率设计往往涉及各种有源和无源部件，包括PMOS开关、多状态保险丝，以及其它管理单向功率流的部件。图4所示为在单个集成负载管理器件中实现这些控制功能的示例。

图4 FPF2108-10全功能负载开关（略）

故障管理

在考虑过流、欠压或过热保护的同时，设计人员在功率管理设计中还要面对一个很大的挑战，即权衡各方面的设计考虑、处理故障状况及与系统其它部分 (如处理器或软件) 的相互协作。IntelliMAX系列产品经特别设计，可以将部件数目减至最少，并同时降低设计复杂性，及通过高水平的功能集成减少系统软件的负荷。IntelliMAX每个器件都能提供系列中的多个选项，以处理不同的故障情况。如下表所示，用户可选择自动重启、限流锁定或硬限制来让设计人员选择适当的器件，以满足系统要求，过程中无需额外的硬件或软件/系统修改。

图（略）

举例说，当FPF2103 或 FPF2107器件进入限流保护状态时，将会工作在恒流模式中，直到电流降到设定阈值以下。FPF2102或 FPF2106器件会在10mS的消隐时间后关断，将故障标志置位 (HI)，然后便处于关闭状态直到ON引脚被系统反置。而对FPF2100/01 或 FPF2104/5，器件将在10mS消隐时间后 (FLAG B被激活) 的160mS自动重启时间内自动重启，除非故障已被排除。FPF200X系列产品也具有这些功能，如其产品数据表所见。

总结

IntelliMAX产品系列 (FPF200X和FPF210X) 的设计专为功率管理设计人员提供最高的集成功能和多种产品选项，以应对各式各样的挑战，包括：

? 简化功率管理设计以减少部件数目和复杂度；

? 为设计人员提供更多的硬件选项，以配合所需的运作和应用；

? 提供宽泛的工作电压范围，从 1.8V 到 5.5V，最大绝对值可达6V；

? 在最新的技术和体系构架中融合各种先进的控制和保护功能，如：UVLO、ESD保护、限流和过热关断；

? 集成化PMOS开关设置涌流保护电路，不便降低瞬变和耗用功率；

? 集成关键的建构模块功能，使解决方案有利于设计出客户所需要的领导性产品。