具理想二極管的浪涌抑制器可保護(hù)輸入和輸出

汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電源系統(tǒng)必須處理短時(shí)間的高電壓浪涌、保持負(fù)載上的電壓調(diào)節(jié)、同時(shí)避免敏感電路遭受危險(xiǎn)瞬變的損壞。常用的保護(hù)方案需要使用一個(gè)串聯(lián)的鐵芯電感器和高值電解旁路電容器，并輔之以一個(gè)高功率瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 和熔絲。這種笨拙的方法需要占用大量的電路板面積資源 — 龐大的電感器和電容器常常是系統(tǒng)中最高的組件。即使采用了此類保護(hù)方案也不能提供針對(duì)反向輸入電壓或電源欠壓 (這些都是汽車環(huán)境中有可能遭遇的情形) 的防護(hù)作用。出于避免遭受這些事件的損壞及保持輸出電壓的考慮，設(shè)計(jì)人員增設(shè)了一個(gè)隔離二極管，但這個(gè)二極管中的額外電壓降會(huì)導(dǎo)致功率損失的增加。

LTC4364 是一款用于負(fù)載保護(hù)和輸出保持的完整控制解決方案，其占板面積小巧，并免除了龐大笨重的組件和不希望有的電壓降。圖 1 示出了 LTC4364 的功能方框圖。該器件可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)背對(duì)背 N 溝道傳輸晶體管：其一 (圖 1 中的 M1) 負(fù)責(zé)提供電壓浪涌保護(hù)并保持向輸出提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，而另一個(gè) (圖 1 中的 M2) 則充當(dāng)用于提供反向輸入保護(hù)和輸出保持的理想二極管。

另外，LTC4364 還可提供針對(duì)過(guò)載和短路的保護(hù)、承受輸出電壓反向、在輸入欠壓情況下保持 MOSFET 關(guān)斷、以及在輸入過(guò)壓情況下禁止接通或自動(dòng)重試。該器件的停機(jī)模式可將電源電流減小到低至 10μA。

圖 1：LTC4364 的簡(jiǎn)化方框圖

高級(jí)浪涌抑制器可承受較高的電壓并確保安全操作

圖 2 示出了 LTC4364 的一種典型應(yīng)用。在正常工作條件下，LTC4364 將浪涌抑制器 N 溝道 MOSFET (M1) 驅(qū)動(dòng)至完全導(dǎo)通，并把理想二極管 N 溝道 MOSFET (M2) 的 VDS 調(diào)節(jié)至 30mV，從而最大限度地減小了從輸入電源至負(fù)載電路的電壓降。當(dāng) VOUT 上升到 (VIN – 0.7V) 時(shí)，ENOUT 引腳電平走高以啟動(dòng)負(fù)載電路。

圖 2：具反向電流保護(hù)功能的浪涌抑制器可在 VIN 上承受 200V/-24V 瞬態(tài)電壓

在輸入電壓浪涌期間，LTC4364 調(diào)節(jié) HGATE 引腳電壓，并通過(guò) MOSFET M1 和一個(gè)阻性分壓器對(duì)輸出電壓進(jìn)行箝位，從而把 FB 引腳電壓保持在 1.25V。負(fù)載電路繼續(xù)運(yùn)作，且電源電壓僅有適度的增加 (如圖 3 所示)。

圖 3：LTC4364 將輸出調(diào)節(jié)在 27V，而負(fù)載電路面對(duì)一個(gè) 92V 輸入尖峰可繼續(xù)運(yùn)作

在電流過(guò)載的情況下，LTC4364 通過(guò) M1 限制輸出電流以把 SENSE 和 OUT 引腳兩端的電壓保持在 50mV (當(dāng) OUT > 2.5V 時(shí))。對(duì)于 OUT 低于 1.5V 時(shí)的嚴(yán)重輸出短路，電流限制檢測(cè)電壓將折返至 25mV 以為 MOSFET 提供額外的保護(hù) (圖 4)。

圖 4：電流限值的 2:1 折返可減小嚴(yán)重輸出短路時(shí)的 MOSFET 應(yīng)力