如果有人將 24V 連接到您的 12V 電路會(huì)發(fā)生什么？如果電源線和地線無(wú)意中顛倒了，電路還能存活嗎？您的應(yīng)用是否位于輸入電源可能非常高甚至低于地電位的惡劣環(huán)境中？即使這些事件不太可能發(fā)生，也只需要一個(gè)就可以破壞電路板。

您可以做些什么來(lái)保護(hù)您的敏感電路免受過(guò)高、過(guò)低甚至負(fù)電壓的影響？為了阻斷負(fù)電源電壓，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員傳統(tǒng)上將功率二極管與電源串聯(lián)。然而，該二極管占用寶貴的電路板空間，并在高負(fù)載電流下消耗大量功率。

另一種常見(jiàn)的解決方案是將高壓P溝道MOSFET與電源串聯(lián)。P 溝道 MOSFET 的功耗低于串聯(lián)二極管，但 MOSFET 及其驅(qū)動(dòng)所需的電路會(huì)增加成本。

這兩種解決方案的一個(gè)缺點(diǎn)是它們犧牲了低電源工作，尤其是串聯(lián)二極管。此外，兩者都不能防止電壓過(guò)高，而這種保護(hù)需要更多的電路，包括高壓窗口比較器和電荷泵。

欠壓、過(guò)壓和反向電源保護(hù)

LTC?4365 是一款獨(dú)特的解決方案，可優(yōu)雅而穩(wěn)健地保護(hù)敏感電路免受不可預(yù)測(cè)的高或負(fù)電源電壓的影響。LTC4365 可阻斷高達(dá) 60V 的正電壓和低至 –40V 的負(fù)電壓。只有安全工作電源范圍內(nèi)的電壓才會(huì)傳遞到負(fù)載。唯一需要的外部有源元件是連接在不可預(yù)測(cè)電源和敏感負(fù)載之間的雙通道N溝道MOSFET。

圖 1 顯示了一個(gè)完整的應(yīng)用程序。電阻分壓器設(shè)置過(guò)壓 （OV） 和欠壓 （UV） 跳變點(diǎn)，用于連接/斷開(kāi)負(fù)載與 VIN 的連接。如果輸入電源在此電壓窗口之外徘徊，則 LTC4365 會(huì)迅速斷開(kāi)負(fù)載與電源的連接。

圖1.完整的 12V 汽車欠壓、過(guò)壓和反向電源保護(hù)電路。

雙通道 N 溝道 MOSFET 可阻斷 VIN 上的正電壓和負(fù)電壓。LTC4365 在正常工作期間為外部 MOSFET 的柵極提供了 8.4V 的增強(qiáng)型。LTC4365 的有效工作范圍低至 2.5V 和高達(dá) 34V — OV–UV 窗口可在此范圍內(nèi)的任意位置。大多數(shù)應(yīng)用不需要VIN保護(hù)鉗，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路板設(shè)計(jì)。

準(zhǔn)確快速的過(guò)壓和欠壓保護(hù)

LTC4365 中的兩個(gè)準(zhǔn)確的 （±1.5%） 比較器可監(jiān)視 VIN 上的過(guò)壓 （OV） 和欠壓 （UV） 情況。如果輸入電源分別高于OV或低于UV門(mén)限，則外部MOSFET的柵極會(huì)迅速關(guān)斷。外部電阻分壓器允許用戶選擇與VOUT負(fù)載兼容的輸入電源范圍。此外，UV和OV輸入具有非常低的漏電流（在100°C時(shí)典型值為<1nA），允許外部電阻分壓器中的大值。

圖2顯示了當(dāng)VIN從–30V緩慢上升至30V時(shí)，圖1電路的反應(yīng)。UV 和 OV 門(mén)限分別設(shè)置為 3.5V 和 18V。當(dāng)電源在 3.5V–18V 窗口內(nèi)時(shí)，VOUT 跟蹤 VIN。在此窗口之外，LTC4365 將關(guān)斷 N 溝道 MOSFET，從而斷開(kāi) VOUT 與 VIN 的連接，即使 VIN 為負(fù)也是如此。

圖2.輸入電壓從 –30V 掃描至 30V 時(shí)的負(fù)載保護(hù)。

新型反向電源保護(hù)

LTC4365 采用一種新穎的負(fù)電源保護(hù)電路。當(dāng) LTC4365 在 VIN 上檢測(cè)到一個(gè)負(fù)電壓時(shí)，它會(huì)快速將柵極引腳連接至 VIN。柵極和VIN電壓之間沒(méi)有二極管壓降。當(dāng)外部 N 溝道 MOSFET 的柵極處于最大負(fù)電位 （VIN） 時(shí)，從 VOUT 到 VIN 處的負(fù)電壓的泄漏最小。

圖3顯示了當(dāng)VIN熱插拔至–20V時(shí)發(fā)生的情況，VIN、VOUT和GATE在連接之前從地電位開(kāi)始。由于VIN和GATE連接的寄生電感，VIN和GATE引腳上的電壓明顯低于–20V。外部MOSFET必須具有能夠承受這種過(guò)沖的擊穿電壓。

圖3.熱插拔VIN至 –20V。

雙通道 N 溝道 MOSFET 可阻斷 VIN 上的正電壓和負(fù)電壓。LTC4365 在正常工作期間為外部 MOSFET 的柵極提供了 8.4V 的增強(qiáng)型。LTC4365 的有效工作范圍低至 2.5V 和高達(dá) 34V — OV–UV 窗口可在此范圍內(nèi)的任意位置。大多數(shù)應(yīng)用不需要VIN保護(hù)鉗，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路板設(shè)計(jì)。

交流阻斷

LTC4365 中的兩個(gè)準(zhǔn)確的 （±1.5%） 比較器可監(jiān)視 VIN 上的過(guò)壓 （OV） 和欠壓 （UV） 情況。如果輸入電源分別高于OV或低于UV門(mén)限，則外部MOSFET的柵極會(huì)迅速關(guān)斷。外部電阻分壓器允許用戶選擇與VOUT負(fù)載兼容的輸入電源范圍。此外，UV和OV輸入具有非常低的漏電流（在100°C時(shí)典型值為<1nA），允許外部電阻分壓器中的大值。

圖2顯示了當(dāng)VIN從–30V緩慢上升至30V時(shí)，圖1電路的反應(yīng)。UV 和 OV 門(mén)限分別設(shè)置為 3.5V 和 18V。當(dāng)電源在 3.5V–18V 窗口內(nèi)時(shí)，VOUT 跟蹤 VIN。在此窗口之外，LTC4365 將關(guān)斷 N 溝道 MOSFET，從而斷開(kāi) VOUT 與 VIN 的連接，即使 VIN 為負(fù)也是如此。

圖4.36ms 恢復(fù)定時(shí)器可阻斷 28V、60Hz 交流線路電壓。

故障條件下的高壓瞬變

圖5所示為設(shè)計(jì)用于在過(guò)壓條件下產(chǎn)生瞬變的測(cè)試電路。標(biāo)稱輸入電源為 24V，過(guò)壓門(mén)限為 30V。圖6顯示了VIN過(guò)壓條件下的波形。這些瞬變?nèi)Q于VIN和GATE引腳上的寄生電感。電路在瞬變中幸存下來(lái)而沒(méi)有損壞，即使在實(shí)驗(yàn)期間沒(méi)有使用可選的電源鉗（D1）。

圖5.大 V 時(shí)的 OV 故障在電感。

圖6.未使用TranZorb （TVS）時(shí)OV故障期間的瞬變。

在兩個(gè)電源之間進(jìn)行選擇

當(dāng)器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，VIN 和 VOUT引腳可由兩個(gè)不同電源以不同的電壓驅(qū)動(dòng)。LTC4365 自動(dòng)將 GATE 引腳驅(qū)動(dòng)到兩個(gè)電源中較低者以下，從而防止電流沿任一方向流過(guò)外部 MOSFET。圖 7 的應(yīng)用使用兩個(gè) LTC4365 在兩個(gè)電源之間進(jìn)行選擇。應(yīng)注意確保在任何給定時(shí)間，兩個(gè)LTC4365中只有一個(gè)使能。

圖7.在兩種電源之一之間進(jìn)行選擇。

VOUT 上電時(shí)的反向 VIN 熱插拔

LTC4365 可針對(duì)負(fù) VIN 連接提供保護(hù)，即使 VOUT 由一個(gè)單獨(dú)的電源驅(qū)動(dòng)也是如此。當(dāng) LTC4365 處于停機(jī)模式且 VOUT 上電至 20V 時(shí)，圖 8 顯示了 VIN 熱插拔至 –20V 時(shí)的波形。只要不超過(guò)外部MOSFET的擊穿電壓（60V），VOUT上的20V電源就不會(huì)受到VIN反極性連接的影響。

圖8.負(fù) V在帶 V 的熱插拔外動(dòng)力。

結(jié)論

LTC4365 控制器可保護(hù)敏感電路免受過(guò)壓、欠壓和反向電源連接的影響。僅當(dāng)用戶可調(diào)UV和OV跳變門(mén)限限定電源電壓時(shí)，電源電壓才會(huì)傳遞到輸出端。此窗口之外的任何電壓都會(huì)被阻斷，最高可達(dá) 60V 和低至 –40V。

LTC4365 的新穎架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了堅(jiān)固、小巧的解決方案尺寸和極少的外部組件，并且采用纖巧的 8 引腳 3mm × 2mm DFN 和 TSOT-23 封裝。無(wú)需與電源串聯(lián)的反向電壓阻斷二極管;LTC4365 利用背靠背的外部 MOSFET 自動(dòng)執(zhí)行此功能。LTC4365 具有一個(gè) 2.5V 至 34V 的寬工作范圍，并且在停機(jī)期間僅消耗 10μA 電流。

審核編輯：郭婷