過壓保護及瞬態(tài)電壓抑制電路設(shè)計

　　利用電池供電的移動設(shè)備通常需要通過外置的 AC適配器對系統(tǒng)電池進行充電。而不同供電電壓的設(shè)備間往往共用著相似的電源插座和插頭，這些不同電壓標準的適配器往往會給用戶帶來潛在的錯插風險，可能導致設(shè)備因過高的電壓而燒毀。另一方面，來自 AC適配器前端的浪涌或者電網(wǎng)的不穩(wěn)定也有可能導致適配器的輸出電壓超越設(shè)備所能承受的范圍。因此，在移動設(shè)備設(shè)計中就有必要加入充電端口的過壓保護電路，以避免上述情況對設(shè)備后端電路的破壞。

　　本文介紹的過壓保護電路由過壓保護開關(guān)(OVP Switch)和瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS)組成(如圖1)，可實現(xiàn)完善可靠的抗持續(xù)高電壓和瞬間沖擊電壓的功能。

　　圖1

　　在整個方案中，核心部分器件為過壓保護開關(guān)，以美國研諾邏輯科技有限公司(AATI)的過壓保護開關(guān) AAT4684為例，過壓保護開關(guān)的內(nèi)部主要是由控制邏輯電路和 PMOS管組成，當 OVP端的檢測電壓高于特定電壓閾值之后，邏輯電路就會通過柵極關(guān)斷 PMOS的溝道。由于該 PMOS管擁有較高的持續(xù)性耐壓(28V)，因此可以保護后端的元器件不會因前端電源輸入異常高壓而燒毀(其內(nèi)部原理如圖2所示)。

　　圖2：AAT46842 內(nèi)部原理圖。

　　通過以下實驗可以說明當過壓保護開關(guān)的輸入端出現(xiàn)過高電壓時它對后端電路所起到的保護作用。

　　圖3所示為測試所用電路原理圖，輸入端為 12V平穩(wěn)直流源，電源通過一段長度為 1米的導線與 AAT4684的輸入端相連， CH1為 AAT4684輸入電壓的測試點， CH 2為 AAT4684輸出電壓的測試點，CH3為其輸出電流探測點。將 AAT4684的 OVP保護電壓設(shè)為 6V(即當電壓超過 6V后，開關(guān)管立刻關(guān)閉，以保護輸出端的電路)。為體現(xiàn)實際應用中 AC適配器的插拔情況，對系統(tǒng)的上電過程通過導線和電源的機械性拔插來實現(xiàn)。

　　圖3：測試所用電路原理圖。

　　由圖4所示的波形中可以到，在電路上電的時刻，輸入端的電壓很快超過了 6V并最終穩(wěn)定在了 12V左右，而輸出端電壓由于 OVP開關(guān)的作用，始終維持在 0V電壓，即 AAT4684輸出端之后的電路不會因過高的輸入電壓而受到影響，后端電路器件在此時受到了 AAT4684的過壓保護。