LTC4366高壓浪涌抑制器應(yīng)用深入講解（獨家收錄）

LTC4366浪涌抑制器可保護(hù)負(fù)載免遭高壓瞬變的損壞。通過控制一個外部N溝道MOSFET的柵極，LTC4366可在過壓瞬變過程中調(diào)節(jié)輸出。在MOSFET兩端承載過壓的情況下，負(fù)載可以保持運作狀態(tài)。在返回線路中布設(shè)一個電阻器可隔離LTC4366，并允許其隨電源向上浮動；因此，輸出電壓的上限僅取決于高值電阻器的可用性和MOSFET的額定規(guī)格。

一個可調(diào)的過壓定時器能在浪涌期間避免損壞MOSFET，而一個附加的9s定時器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機(jī)引腳負(fù)責(zé)在停機(jī)期間將靜態(tài)電流減小至14A以下。在一個故障發(fā)生之后，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執(zhí)行自動重試操作。

應(yīng)用信息

LTC4366的典型應(yīng)用是一種需要過壓保護(hù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在過壓瞬變期間安全地向負(fù)載分配功率。下面討論外部組件的選擇。

雙并聯(lián)穩(wěn)壓器

LTC4366將兩個并聯(lián)穩(wěn)壓器與外部降壓電阻器R_SS和R_IN配合使用，以在V_DD和OUT引腳上產(chǎn)生內(nèi)部電源軌。這些并聯(lián)調(diào)節(jié)電源軌可提供針對電路輸入電壓無限度的高電壓瞬變之過壓保護(hù)，而與LTC4366內(nèi)部電路的額定電壓無關(guān)。

在啟動的起點、停機(jī)期間或過壓故障之后，GATE引腳電壓被箝位至OUT引腳，由此關(guān)斷MOSFET。這允許利用輸出負(fù)載和R_SS將V_SS和OUT引腳拉至地電位。在這種情況下，V_DD引腳電壓利用一個12V并聯(lián)穩(wěn)壓器箝位至V_SS。然后，把(完整電源電壓–12V)施加至負(fù)責(zé)設(shè)定分路電流R_IN電阻器上。分路電流可以高達(dá)10mA，這比V_DD引9A的典型靜態(tài)電流高出了幾個數(shù)量級。

在正常操作模式中，OUT電壓等于輸入電源電壓。當(dāng)C1滿充電時，I_C1在這一點上為零。在這種情況下，利用一個5.7V并聯(lián)穩(wěn)壓器對OUT和V_SS引腳之間的電壓進(jìn)行箝位。(輸入電源電壓–5.7V)被加至R_SS上。R_SS電流被分為三塊：5.7V分路電流、OUT和V_SS之間的偏置電流以及最終的R_IN電流。5.7V分路電流可高達(dá)10mA，大大超過了典型的OUT(160A)偏置電流。

開機(jī)時序

在輸入電源上升之后，V_DD和V_SS引腳之間的電壓并聯(lián)將調(diào)節(jié)至12V。接著，在內(nèi)部生成的電源V_CC產(chǎn)生一個30s的上電復(fù)位脈沖，該脈沖將進(jìn)行故障鎖存器的清零以及內(nèi)部鎖存器的初始化。然后，停機(jī)比較器確定SD引腳是否被外部拉至低電平，如果“是”則請求進(jìn)入一種低偏置電流停機(jī)狀態(tài)。否則將允許外部MOSFETM1開通。

從V_DD引腳接入，通過7.5AGATE上拉電流源給MOSFET柵極上電，這種方法被稱為“自舉”的方法。當(dāng)GATE電壓達(dá)到V_DD引腳電壓(減去一個肖特基二極管壓降)時，7.5A電流源將失去電壓降并停止向GATE充電(圖2中間的那個波形)。自舉法依賴于在GATE引腳電壓停止上升之后將C1充電至一個足夠的電壓。C1上的電壓隨后用作一個充電泵的電源，此充電泵負(fù)責(zé)把柵極充電至其終值(即：OUT+12V)。如果充電泵電流超過C1充電電流，則C1將放電。倘若C1電壓低于4.35V以下，則充電泵將暫停操作，并讓C1再充電。

如果電源開通并在大負(fù)載情況下不能把C1充起來，就有可能導(dǎo)致過熱現(xiàn)像的發(fā)生，并隨之造成器件受損。在柵極和輸出斜坡上升時，MOSFET兩端的壓降為輸入電源電壓減去輸出電壓。如果電源電壓低于C1充電所需的數(shù)值，則輸出將無法斜坡上升超越(電源電壓–MOSFET門限)。這種3V至5V的MOSFET壓降以及高負(fù)載電流將導(dǎo)致沒有任何保護(hù)或超時限值的功率耗散。

過壓故障

LTC4366可避免輸入電源上的過壓到達(dá)負(fù)載。一般地，傳輸晶體管完全導(dǎo)通，并以非常小的電壓降給負(fù)載供電。當(dāng)輸入電壓增加時，OUT電壓增加，直至其達(dá)到調(diào)節(jié)點(V_REG)為止。從該點起，任何進(jìn)一步的電壓增加都將降落在MOSFET的兩端。請注意，由于MOSFET仍然處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此LTC4366可在短時間過壓過程中實現(xiàn)不間斷的運作。

V_REG調(diào)節(jié)點利用兩個FB電阻器(R_FB1和R_FB2)來配置。調(diào)節(jié)放大器負(fù)責(zé)將FB引腳電壓與(門限OUT引腳電壓–1.23V)進(jìn)行比較。在調(diào)節(jié)期間R_FB1兩端的壓降為1.23V，而剩余的V_REG電壓則降落在R_FB2的兩端。當(dāng)輸出位于調(diào)節(jié)點時，起動一個定時器以避免MOSFET中產(chǎn)生過大的功率耗散。通常利用一個1.8A下拉電流將TIMER引腳保持于低電平。在調(diào)節(jié)期間，TIMER引腳以9A的電流進(jìn)行充電。如果調(diào)節(jié)點的保持時間之長足以使TIMER引腳電壓達(dá)到2.8V，則產(chǎn)生一個過壓故障鎖定。用于設(shè)定定時器電容器的公式為：

　C_T=3.5?t[nF/ms]

視版本的不同，該器件將冷卻并自動起動(LTC4366-2)，或者保持鎖斷狀態(tài)直到SD引腳啟動一個重起為止(LTC4366-1)。冷卻時間通常為9秒，這提供了一個非常低的脈沖電源占空比。

在輸入電源過壓和滿負(fù)載電流條件下啟動確實會使MOSFET的功率耗散遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般過壓浪涌時的水平。在柵極和輸出電壓斜坡上升期間，部分電源電壓(在滿電流時)降落在MOSFET的兩端。在啟動之后，正常的過壓浪涌發(fā)生在MOSFET關(guān)斷之前。對于MOSFET的安全工作區(qū)(SOA)計算，“設(shè)計實例”部分僅考慮了正常的過壓浪涌。在過壓情況下啟動將需要對SOA做更多的考慮。

停機(jī)

LTC4366具有一種低電流(20A)停機(jī)狀態(tài)，該狀態(tài)可通過利用一個開關(guān)電阻把GATE和OUT引腳連接在一起以關(guān)斷傳輸FET。在正常操作條件下，一個1.6A電流源將SD引腳上拉至V_DD引腳電壓。當(dāng)不使用停機(jī)狀態(tài)時，則SD引腳連接至V_DD。SD引腳拉至低于(V_DD引腳電壓–1.5V)并持續(xù)超過700s的濾波器時間，將啟動停機(jī)狀態(tài)。該濾波器時間用于避免在瞬變期間發(fā)生不希望的停機(jī)啟動。SD引腳通過二極管箝位在V_SS–0.7V，這需要對下拉器件進(jìn)行電流限(最大值為10mA)。限流的方法之一是連接一個與集電極開路下拉器件相串聯(lián)的外部470k電阻器。啟動外部下拉電流源將超過內(nèi)部1.6A上拉電流源，并使得SD引腳電壓越過停機(jī)門限。在一個過壓故障之后，把器件置于停機(jī)狀態(tài)可將清除故障，從而在LTC4366退出停機(jī)狀態(tài)時立即恢復(fù)運作。

輸出短路

輸出的突然短路會導(dǎo)致柵極電容器C_G過大的電流進(jìn)入LTC4366GATE引腳。GATE引腳通過一個10V至12V的箝位電路連到OUT。如果OUT引腳電壓被拉低而GATE引腳電壓利用C_G保持上拉，則箝位電路將由于在箝位電壓被超過時試圖對C_G進(jìn)行放電而受損。一種解決方案是增設(shè)一個與C_G串聯(lián)的1kR_S電阻器和一個旁路二極管，如圖3中所示。這個二極管使電容器能充當(dāng)一條旁路，在電源過壓期間吸收來自MOSFET漏極至柵極寄生電容器的能量。

電阻器額定功率

必須考慮圖1中R_SS電阻器的正確額定值。在過壓期間，OUT引腳處于調(diào)節(jié)電壓(V_REG)，因此R_SS兩端的電壓為V_REG–5.7V。一個小的最小電源電壓要求R_SS的阻值不能太大。于是，如果最小電源電壓與調(diào)節(jié)電壓之間的差異很大，則R_SS可能需要使用一個大功率電阻器。在過壓冷卻周期中，(全電源電壓–12V)會出現(xiàn)在R_IN的兩端。通常，R_IN的阻值比R_SS的阻值大幾倍，因而降低了針對該電阻器的功率和尺寸要求。

推薦閱讀：

1.LTC4366浪涌抑制器入門簡介

摘要：一個可調(diào)的過壓定時器能在浪涌期間避免損壞MOSFET，而一個附加的 9s 定時器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機(jī)引腳負(fù)責(zé)在停機(jī)期間將靜態(tài)電流減小至14 A以下。在 一個故障發(fā)生之后，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執(zhí)行自動重試操作。

2.LTC4366浪涌抑制器工作原理詳解

摘要：本 文描繪了三種操作狀態(tài)：起動、運行和調(diào)節(jié)模式。先前的浪涌抑制器件由輸入電源供電，因此所能承受 的浪涌電壓被限制為器件輸入引腳的擊穿電壓。如運行模 式和調(diào)節(jié)模式所示，該器件的大部分電路都由輸出供電， 于是MOSFET將浪涌與器件的電源引腳隔離開來。這允許用于浪涌電壓高至外MOSFET的擊穿電壓。