引言
假如有人將24V電源連接到您的12V電路上，將發(fā)生什么? 倘若電源線和接地線因疏忽而反接，電路還能安然無恙嗎? 您的應(yīng)用電路是否工作于那種輸入電源會瞬變至非常高壓或甚至低于地電位的嚴(yán)酷環(huán)境中?即使此類事件的發(fā)生概率很低，但只要出現(xiàn)任何一種就將徹底損壞電路板。
為了隔離負(fù)電源電壓，設(shè)計人員慣常的做法是布設(shè)一個與電源相串聯(lián)的功率二極管或P溝道MOSFET。然而，二極管既占用寶貴的板級空間，又會在高負(fù)載電流下消耗大量的功率。P 溝道MOSFET的功耗雖然低于串聯(lián)二極管，但MOSFET以及所需的驅(qū)動電路將導(dǎo)致成本增加。這兩種解決方案均犧牲了低電源操作性能，尤其是串聯(lián)二極管。而且，兩種方法都沒有提供針對過高電壓的保護(hù)——這種保護(hù)需要更多的電路，包括一個高電壓窗口比較器和充電泵。
欠壓、過壓和電源反向保護(hù)
LTC4365是一款獨特的解決方案，可精巧和穩(wěn)健地保護(hù)敏感電路免遭意料之外的高電源電壓或負(fù)電源電壓。LTC4365能隔離高達(dá)60V的正電壓和低至–40V的負(fù)電壓。只有處于安全工作電源范圍之內(nèi)的電壓被傳送至負(fù)載。僅需的外部有源組件是一個連接在不可預(yù)知的電源與敏感負(fù)載之間的雙路N溝道MOSFET。
圖1示出了一款完整的應(yīng)用電路。一個阻性分壓器負(fù)責(zé)設(shè)定用于負(fù)載與VIN連接/斷接的過壓(OV)和欠壓(UV)跳變點。如果輸入電源漂移至該電壓窗口之外，則LTC4365將迅速把負(fù)載與電源斷接。
圖1：完整的12V汽車欠壓、過壓及電源反向保護(hù)電路
雙路N溝道MOSFET負(fù)責(zé)在VIN上隔離正電壓和負(fù)電壓。在標(biāo)準(zhǔn)運作期間，LTC4365為外部MOSFET的柵極提供了增強(qiáng)的8.4V。LTC4365的有效工作范圍從低至2.5V到高達(dá)34V —— OV和UV窗口可介于此范圍之內(nèi)。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，無需在VIN上設(shè)置保護(hù)性箝位電路，從而進(jìn)一步簡化電路板設(shè)計。
準(zhǔn)確和快速的過壓及欠壓保護(hù)
LTC4365中兩個準(zhǔn)確 (±1.5%) 的比較器用于監(jiān)視VIN上的過壓 (OV) 和欠壓 (UV) 狀況。如果輸入電壓分別升至OV門限以上或降至UV門限以下，則外部MOSFET的柵極將快速關(guān)斷。外部阻性分壓器允許用戶選擇一個與VOUT上的負(fù)載相兼容的輸入電源范圍。此外，UV和OV輸入還具有非常低的漏電流(在100℃時通常 <1nA)，因而可在外部阻性分壓器中提供大的電流值。
圖2示出了圖1電路中的VIN從–30V緩慢斜坡上升至30V時做出的反應(yīng)。UV和OV門限被分別設(shè)定為3.5V和18V。當(dāng)電源電壓位于3.5V至18V窗口之內(nèi)時， VOUT跟隨VIN。若超出該窗口時，LTC4365將關(guān)斷N溝道MOSFET，并使VOUT與VIN斷接，即使在VIN為負(fù)值的情況下也不例外。
圖2：當(dāng)VIN從–30V上升至30V時的負(fù)載保
新穎的電源反向保護(hù)
LTC4365運用了一種新穎的負(fù)電源保護(hù)電路。當(dāng)LTC4365在VIN上檢測到負(fù)電壓，它迅速將GATE引腳連接至VIN。在GATE與VIN電壓之間沒有二極管壓降。當(dāng)外部N溝道MOSFET的柵極處于最負(fù)電位(VIN) 時，從VOUT至VIN上負(fù)電壓的漏電流極小。
圖3示出了當(dāng)VIN帶電插入至–20V時出現(xiàn)的狀況。在連接的前一刻，VIN、VOUT和GATE以地電位為起始點。由于VIN和GATE連接線的寄生電感之原因，VIN和GATE引腳上的電壓將顯著地變至–20V以下。外部 MOSFET 必須具有一個可安全承受該過沖的擊穿電壓指標(biāo)。
圖3：從VIN至–20V的熱插拔保護(hù)
顯然，LTC4365反向保護(hù)電路的動作速度取決于GATE引腳在負(fù)電壓瞬變期間跟隨VIN的緊密程度。在所示的標(biāo)度上，兩者的波形幾乎無法區(qū)分。請注意，提供反向保護(hù)并不需要其他外部電路。
還有更多功能！AC隔離、VOUT通電時的反向VIN熱插拔 (Hot Swap) 控制
在出現(xiàn)OV或UV故障之后 (或當(dāng)VIN變至負(fù)值時)，輸入電源必須返回有效的工作電壓窗口并持續(xù)至少36ms以重新接通外部MOSFET。這將有效地隔離50Hz和60Hz的未整流 AC電源。
另外，LTC4365還針對負(fù)VIN連接提供了保護(hù)作用，即使在VOUT由一個單獨的電源驅(qū)動時也是如此。只要不超過外部MOSFET的擊穿電壓 (60V)，那么VIN上的極性反接就不會對VOUT上的20V電源造成影響。
結(jié)論
通過采用背對背MOSFET (而并未使用二極管)，LTC4365控制器為敏感電路提供了過壓、欠壓和電源反接的保護(hù)作用。電源電壓只有在合格通過可由用戶調(diào)節(jié)的UV和OV跳變門限時才能傳送至輸出端。任何超出該窗口的電壓都被隔離，保護(hù)范圍可高達(dá)60V和低至–40V。
LTC4365的新穎架構(gòu)造就了一款外部組件極少的堅固型小尺寸解決方案，并可提供纖巧型8引腳3mm x2mm DFN和TSOT-23封裝。LTC4365具有一個2.5V至34V的寬工作范圍，停機(jī)期間僅消耗10μA。 |
