具高級(jí)輸入和負(fù)載保護(hù)功能的10A μModule降壓型穩(wěn)壓器

引言

總線電壓浪涌不僅對(duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成危險(xiǎn)，也對(duì)負(fù)載帶來威脅。傳統(tǒng)的過壓保護(hù)方案采用熔絲，其動(dòng)作速度和可靠性均未必足以保護(hù)諸如FPGA、ASIC和微處理器等負(fù)載。一種較好的解決方案是可準(zhǔn)確和快速地檢測(cè)過壓情況，隨后通過迅速斷接輸入電源并利用一條低阻抗通路釋放負(fù)載上的過電壓來做出響應(yīng)。借助LTM4641中的保護(hù)功能就可做到這一點(diǎn)。

電源和保護(hù)

LTM4641是一款4.5V至38V輸入、0.6V至6V輸出、10A降壓型μModule穩(wěn)壓器，其具有高級(jí)輸入和負(fù)載保護(hù)選項(xiàng)，包括：

（A）輸入保護(hù)

●具閉鎖門限的欠壓閉鎖、過壓停機(jī)

●N溝道過壓電源中斷MOSFET驅(qū)動(dòng)器

●能利用少量外部元件構(gòu)成浪涌抑制器

（B）負(fù)載保護(hù)

●穩(wěn)健、可復(fù)位的閉鎖過壓保護(hù)

●N溝道過壓放電功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器

此外，針對(duì)下列故障的跳變檢測(cè)門限是可定制的：輸入欠壓、過熱、輸入過壓和輸出過壓。特定的故障情況發(fā)生時(shí)可設(shè)定為閉鎖或遲滯重啟響應(yīng)——或者停用。

輸出過壓和負(fù)載保護(hù)

電源和半導(dǎo)體控制IC行業(yè)中的常用輸出過壓保護(hù)方案是接通同步（底端）MOSFET.這種方法可在嚴(yán)重的負(fù)載電流下降過程中提供某些過壓保護(hù)，但在避免負(fù)載遭受諸如高壓側(cè)功率開關(guān)MOSFET短路等真實(shí)的故障情況則并不是非常有效。如圖1所示，當(dāng)把一個(gè)輸出放電MOSFET（MCB）和一個(gè)輸入串聯(lián)MOSFET（MSP）配合起來使用時(shí)，LTM4641可提供同類最佳的輸出過壓保護(hù)。


圖1：具輸入斷接和快速放電輸出過壓保護(hù)功能的LTM4641



MCB是一個(gè)任選的外部放電器件，其位于VOUT上。假如輸出電壓超過了一個(gè)可調(diào)門限（默認(rèn)值為高出標(biāo)稱值11%），則LTM4641立即將其CROWBAR輸出邏輯拉至高電平（響應(yīng)時(shí)間的最大值為500ns）并閉鎖其輸出電壓：功率級(jí)變至高阻抗?fàn)顟B(tài)，而且內(nèi)部頂端和底端MOSFET均被閉鎖。CROWBAR輸出接通MCB，對(duì)輸出電容器進(jìn)行放電并防止輸出電壓發(fā)生任何進(jìn)一步的正向擺動(dòng)。

MSP被置于輸入電源（VIN）和LTM4641的功率級(jí)輸入引腳（VINH）之間，并被用作一個(gè)可復(fù)位的電子式電源中斷開關(guān)。當(dāng)LTM4641的內(nèi)部電路檢測(cè)到某種故障狀況，例如一個(gè)輸出過壓（OOV）情況，MSP的柵極在2.6μs（最大值）內(nèi)放電，而MSP關(guān)斷。于是輸入電源與LTM4641的功率級(jí)輸入（VINH）斷接，從而可阻止有害的（輸入）電壓到達(dá)昂貴的負(fù)載上。另外，LTM4641還采用一個(gè)獨(dú)立的基準(zhǔn)電壓以產(chǎn)生一個(gè)OOV門限（與控制IC的帶隙電壓分開）。

圖1示出了當(dāng)頂端MOSFET MTOP發(fā)生故障（因而在VIN和SW節(jié)點(diǎn)之間引起短路）時(shí)的CROWBAR和VOUT波形。CROWBAR在500ns內(nèi)變至高電平，并接通MCB以將輸出短路至地。VOUT不可以超過規(guī)定輸出電壓的110%.

輸入過壓和欠壓保護(hù)

LTM4641具有輸入欠壓和過壓保護(hù)功能，其跳變門限可由用戶設(shè)定。請(qǐng)參閱圖2.

UVLO引腳直接將信號(hào)饋入一個(gè)比較器的反相輸入，其跳變門限為0.5V.當(dāng)UVLO引腳電壓降至低于0.5V時(shí)，開關(guān)動(dòng)作被禁止；當(dāng)UVLO引腳電壓超過0.5V時(shí)，可恢復(fù)執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作。IOVRETRY和OVLO引腳各自直接將信號(hào)饋入跳變門限為0.5V之比較器的同相輸入端。當(dāng)IOVRETRY引腳電壓超過0.5V時(shí)，開關(guān)動(dòng)作被禁止；當(dāng)IOVRETRY引腳電壓降至0.5V以下時(shí)，開關(guān)動(dòng)作可恢復(fù)。當(dāng)OVLO引腳電壓超過0.5V時(shí)，開關(guān)動(dòng)作被禁止；而當(dāng)OVLO引腳電壓隨后降至低于0.5V時(shí)，開關(guān)動(dòng)作則要到鎖存器被復(fù)位之后才能恢復(fù)。這三個(gè)引腳為定制LTM4641的運(yùn)行方式提供了附加的靈活性。


圖2：用于設(shè)定輸入U(xiǎn)VLO、IOVRETRY和OVLO門限的電路

效率

圖3示出了當(dāng)采用12V的典型輸入電壓時(shí)LTM4641的效率曲線（針對(duì)圖1所示的電路）。盡管內(nèi)置了所有這些保護(hù)電路，LTM4641仍能實(shí)現(xiàn)高效率。


圖3：LTM4641的效率曲線