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無需隔離二極管就可保護敏感電路免受過壓和電源反向連接的影響

作者: 時間:2012-10-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

如果將 24V 連到 12V 上,會出現(xiàn)什么情況? 如果線和地線不小心接反了,能不損壞嗎? 您的應(yīng)用是否處于一種嚴酷的環(huán)境,其中輸入可能振蕩到非常高的電壓或低于地電位? 即使這些事件不太可能發(fā)生,但是只要出現(xiàn)一次,就能損壞板了。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/176147.htm
可以采取哪些方法來電路免高、過低甚至負電壓的? 為了負的電源電壓,系統(tǒng)設(shè)計師傳統(tǒng)上給電源串聯(lián)一個功率。不過,這個占用了寶貴的電路板空間,并在負載電流很大時,浪費大量功率。
另一種常見的解決方案是給電源串聯(lián)一個高壓 P 溝道 MOSFET。P 溝道 MOSFET 比串聯(lián)所浪費的功率少,但是 MOSFET 和驅(qū)動 MOSFET 所需電路使成本提高了。
這兩種解決方案的缺點是,它們都犧牲了以低電源電壓工作的機會,尤其是串聯(lián)二極管。另外,兩種解決方案都不能防止受到過高電壓的,這種需要更多電路,包括高壓窗口比較器和充電泵。
欠壓、過壓和電源反向
LTC4365 是一種獨特的解決方案,簡要和可靠地保護電路免受不可預測的高或負電源電壓所。LTC4365 高達 60V 的正電壓和低至 -40V 的負電壓。只有處于安全工作電源電壓范圍內(nèi)的電壓才能傳遞給負載。惟一需要的外部有源組件是一個雙 N 溝道 MOSFET,在不可預測的電源和負載之間。
圖 1 顯示了一個完整的應(yīng)用。電阻分壓器設(shè)定過壓 (OV) 和欠壓 (UV) 跳變點,以或斷開負載與 VIN 的連接。如果輸入電源電壓變化到這個電壓窗口之外,那么 LTC4365 就快速斷開負載與電源的連接。
1:汽車應(yīng)用中,完整的 12V 欠壓、過壓和電源反向連接保護電路
雙 N 溝道 MOSFET 在 VIN 正和負電壓。在正常工作時,LTC4365 為外部 MOSFET的柵極提供 8.4V 增強電壓。LTC4365 的有效工作范圍為 2.5V 至 34V,過壓-欠壓窗口可以處于這個范圍內(nèi)的任何地方。就大多數(shù)應(yīng)用而言,在 VIN 處無需保護性箝位,這進一步簡化了電路板設(shè)計。
準確快速的過壓和欠壓保護
LTC4365 中兩個準確 (±1.5%) 的比較器監(jiān)視 VIN 處的過壓 (OV) 和欠壓 (UV) 情況。如果輸入電源分別升高至高于 OV 或降低至低于 UV 門限,那么外部 MOSFET 的柵極就被快速關(guān)斷。外部電阻分壓器允許用戶選擇適合 VOUT 處負載的輸入電源范圍。此外,UV 和 OV 輸入的漏電流非常低 (在 100°C 時,典型值 1nA),從而允許外部電阻分壓器中的高值電阻。
圖 2 顯示當 VIN-30V 緩慢上升至 30V 時圖 1 電路的反應(yīng)。UV 和 OV 門限分別設(shè)定為 3.5V 和 18V。當電源電壓位于 3.5V 至 18V 的窗口內(nèi)時,VOUT 跟蹤 VIN。在這個窗口之外,LTC4365 關(guān)斷 N 溝道 MOSFET,即使 VIN 為負,也斷開 VOUT 與 VIN 的連接。
2VIN -30V 上升到 30V 時的負載保護
新穎的電源反向連接保護方法
LTC4365 采用了一種新穎的負電源電壓保護電路。當 LTC4365 在 VIN 處檢測到負電壓時,它會快速連接 GATE 引腳和 VIN。在 GATE 引腳和 VIN 之間沒有二極管壓降。當外部 N 溝道 MOSFET 的柵極電壓為最大負電壓 (VIN) 時,從 VOUT 到 VIN 負電壓的泄漏最小。
圖 3 顯示了當 VIN 被帶電接入 -20V 電壓時,會發(fā)生什么情況。VIN、VOUT 和 GATE 在連接建立瞬間從地電位開始變化。由于 VIN 和 GATE 連接的寄生電感,VIN 電壓和 GATE 引腳在低于 -20V 的電壓上明顯地振蕩。外部 MOSFET 必須具有能承受這種過沖而不被損壞的擊穿電壓。
3VIN帶電接入 -20V
在負電壓瞬態(tài)時,GATE 引腳跟隨 VIN 的密切程度決定了 LTC4365 反向連接保護電路的速度。在圖中所用比例情況下,兩種波形幾乎無法區(qū)分。注意,無需額外的外部電路來提供反向連接保護。
AC 隔離
LTC4365 有一個恢復延遲定時器,可濾除 VIN 噪聲,并有助于防止 VOUT 顫動。在 OV 或 UV 故障發(fā)生之后 (或當 VIN 變?yōu)樨撾妷簳r),輸入電源電壓必須至少在 36ms 之內(nèi)返回所希望的工作電壓窗口,以重新接通外部 MOSFET。若在不到 36ms 時間內(nèi)脫離并重新返回故障狀態(tài),那么 MOSFET 保持斷開狀態(tài)。
圖 4 顯示,LTC4365 隔離 40V 至 -40V 的 AC 線電壓。在負電壓部分,GATE 引腳跟隨 VIN,但當 VIN 變?yōu)檎妷簳r,GATE 引腳仍然保持在地電位。注意,VOUT 一直不受影響。
436ms 恢復定時器隔離 28V、60Hz AC 線電壓
在故障情況下的高壓瞬態(tài)
圖 5 顯示一個測試電路,該電路在過壓情況下產(chǎn)生瞬態(tài)。標稱輸入電源為 24V,過壓門限為 30V。圖 6 顯示 VIN 在過壓情況下的波形。這些瞬態(tài)視 VIN 和 GATE 引腳上寄生電感的不同而不同。即使在實驗中,可選電源箝位 (D1) 未使用,電路仍然能承受這些瞬態(tài)而不被損壞。

5:在VIN電感很大時發(fā)生 OV 故障
6:未使用 TransZorb (TVS) 時,發(fā)生 OV 故障時的瞬態(tài)
在兩個電源之間做出選擇
該器件停機時,VIN 和 VOUT 引腳可以由兩個不同的電源以不同的電壓驅(qū)動。LTC4365 自動驅(qū)動 GATE 引腳至低于兩個電源之中較低的電壓,從而防止電流從任一方向流過外部 MOSFET。圖 7 所示應(yīng)用使用兩個 LTC4365,以在兩個電源之間做出選擇。應(yīng)該小心地確保在任意給定時間內(nèi)兩個 LTC4365 中只有一個被啟動。
7:在兩個電源之中選擇一個
VOUT已加電時,VIN帶電反向接入
甚至在 VOUT 由單獨的電源驅(qū)動時,LTC4365 也可防止受到負 VIN 連接的影響。圖 8 顯示,當 LTC4365 處于停機模式,VOUT 加電至 20V,VIN 帶電接入 -20V 電壓時的波形。只要不超過外部 MOSFET 的擊穿電壓 (60V),那么 VOUT 端的 20V 電源電壓就不受 VIN 端反向極性連接的影響。
8VOUT加電時VIN熱插拔 (Hot SwapTM) 至負電源的波形
結(jié)論
LTC4365 控制器保護敏感電路免壓、欠壓和電源反向連接的影響。只要合乎用戶可調(diào)的 UV 和 OV 跳變門限,那么電源電壓就被傳遞給輸出。在這個窗口之外的任何電壓都被隔離,窗口電壓最高為 60V,最低為 -40V

LTC4365 采用纖巧的 8 引腳 3mm x 2mm DFN 和 TSOT-23 封裝,由于 LTC4365 采用了新穎的架構(gòu),所以可提供堅固和小尺寸的解決方案,而且所需的外部組件最少。LTC4365 無需給電源串聯(lián)反向電壓隔離二極管,用背靠背的外部 MOSFET 就可自動執(zhí)行這一功能。LTC4365 提供 2.5V 至 34V 的寬工作電壓范圍,在停機時僅消耗 10µA 電流。

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