無需隔離二極管就可保護敏感電路免受過壓和電源反向連接的影響

無需隔離二極管就可保護敏感電路免受

過壓和電源反向連接的影響如果將24V電源連到12V電路上，會出現(xiàn)什么情況?如果電源線和地線不小心接反了，能不損壞電路嗎?您的應(yīng)用是否處于一種嚴酷的環(huán)境，其中輸入電源可能振蕩到非常高的電壓或低于地電位?即使這些事件不太可能發(fā)生，但是只要出現(xiàn)一次，就能損壞電路板了。可以采取哪些方法來保護敏感電路免受過高、過低甚至負電壓的影響?為了隔離負的電源電壓，系統(tǒng)設(shè)計師傳統(tǒng)上給電源串聯(lián)一個功率二極管。不過，這個二極管占用了寶貴的電路板空間，并在負載電流很大時，浪費大量功率。另一種常見的解決方案是給電源串聯(lián)一個高壓P溝道MOSFET。P溝道MOSFET比串聯(lián)二極管所浪費的功率少，但是MOSFET和驅(qū)動MOSFET所需電路使成本提高了。這兩種解決方案的缺點是，它們都犧牲了以低電源電壓工作的機會，尤其是串聯(lián)二極管。另外，兩種解決方案都不能防止受到過高電壓的影響，這種保護需要更多電路，包括高壓窗口比較器和充電泵。欠壓、過壓和電源反向連接保護LTC4365是一種獨特的解決方案，簡要和可靠地保護敏感電路免受不可預測的高或負電源電壓所影響。LTC4365隔離高達60V的正電壓和低至-40V的負電壓。只有處于安全工作電源電壓范圍內(nèi)的電壓才能傳遞給負載。惟一需要的外部有源組件是一個雙N溝道MOSFET,連接在不可預測的電源和敏感負載之間。圖1顯示了一個完整的應(yīng)用。電阻分壓器設(shè)定過壓(OV)和欠壓(UV)跳變點，以連接或斷開負載與VIN的連接。如果輸入電源電壓變化到這個電壓窗口之外，那么LTC4365就快速斷開負皿=階載與電源的連接。VcUT3A64皿=階載與電源的連接。VcUT3A64胸BGATEVin VflinLK?65SHDNUVFAULTOVGFVD圖圖1：汽車應(yīng)用中，完整的12V欠壓、過壓和電源反向連接保護電路雙N溝道MOSFET在VIN處隔離正和負電壓。在正常工作時，LTC4365為外部MOSFET的柵極提供8.4V增強電壓。LTC4365的有效工作范圍為2.5V至34V,過壓-欠壓窗口可以處于這個范圍內(nèi)的任何地方。就大多數(shù)應(yīng)用而言，在VIN處無需保護性箝位，這進一步簡化了電路板設(shè)計。準確和快速的過壓和欠壓保護LTC4365中兩個準確(±1.5%)的比較器監(jiān)視VIN處的過壓(OV)和欠壓(UV)情況。如果輸入電源分別升高至高于OV或降低至低于UV門限，那么外部MOSFET的柵極就被快速關(guān)斷。外部電阻分壓器允許用戶選擇適合VOUT處負載的輸入電源范圍。此外，UV和OV輸入的漏電流非常低(在100°C時，典型值＜1nA)，從而允許外部電阻分壓器中的高值電阻。圖2顯示當VIN從-30V緩慢上升至30V時圖1電路的反應(yīng)。UV和OV門限分別設(shè)定為3.5V和18V。當電源電壓位于3.5V至18V的窗口內(nèi)時，VOUT跟蹤VIN。在這個窗口之外，LTC4365關(guān)斷N溝道MOSFET，即使VIN為負，也斷開VOUT與VIN的連接。WD1VVALID制順口胃3-ievSJU-3.5VWD1VVALID制順口胃3-ievSJU-3.5VGNP-30V圖2：VIN從-30V上升到30V時的負載保護新穎的電源反向連接保護方法LTC4365采用了一種新穎的負電源電壓保護電路。當LTC4365在VIN處檢測到負電壓時，它會快速連接GATE引腳和VIN。在GATE引腳和VIN之間沒有二極管壓降。當外部N溝道MOSFET的柵極電壓為最大負電壓(VIN)時，從VOUT到VIN負電壓的泄漏最小。圖3顯示了當VIN被帶電接入-20V電壓時，會發(fā)生什么情況。VIN、VOUT和GATE在連接建立瞬間從地電位開始變化。由于VIN和GATE連接的寄生電感，VIN電壓和GATE引腳在低于-20V的電壓上明顯地振蕩。外部MOSFET必須具有能承受這種過沖而不被損壞的擊穿電壓。圖3：VIN帶電接入-20V在負電壓瞬態(tài)時，GATE引腳跟隨VIN的密切程度決定了LTC4365反向連接保護電路的速度。在圖中所用比例情況下，兩種波形幾乎無法區(qū)分。注意，無需額外的外部電路來提供反向連接保護。AC隔離LTC4365有一個恢復延遲定時器，可濾除VIN噪聲，并有助于防止VOUT顫動。在OV或UV故障發(fā)生之后（或當VIN變?yōu)樨撾妷簳r），輸入電源電壓必須至少在36ms之內(nèi)返回所希望的工作電壓窗口，以重新接通外部MOSFET。若在不到36ms時間內(nèi)脫離并重新返回故障狀態(tài)，那么MOSFET保持斷開狀態(tài)。圖4顯示，LTC4365隔離40V至-40V的AC線電壓。在負電壓部分，GATE引腳跟隨VIN，但當VIN變?yōu)檎妷簳r，GATE引腳仍然保持在地電位。注意，VOUT一直不受影響。引腳仍然保持在地電位。注意，VOUT一直不受影響。2.5ms/DIV2麗巾1即EIkLOAD口內(nèi)SUVDUALNCHM&SFET圖4：36ms恢復定時器隔離28V、60HzAC線電壓在故障情況下的高壓瞬態(tài)圖5顯示一個測試電路，該電路在過壓情況下產(chǎn)生瞬態(tài)。標稱輸入電源為24V，過壓門限為30V。圖6顯示VIN在過壓情況下的波形。這些瞬態(tài)視VIN和GATE引腳上寄生電感的不同而不同。即使在實驗中，可選電源箝位(D1)未使用，電路仍然能承受這些瞬態(tài)而不被損壞。

MW"12INCHWIRELEWGTHJOPTIONALR31Hk;R2砌WSI-59455W0MW"12INCHWIRELEWGTHJOPTIONALR31Hk;R2砌WSI-59455W0OLfOV=3tw“粕地UTLTC4365-圖5：在VIN電感很大時發(fā)生OV故障圖6：未使用TransZorb(TVS)時，發(fā)生OV故障時的瞬態(tài)在兩個電源之間做出選擇該器件停機時，VIN和VOUT引腳可以由兩個不同的電源以不同的電壓驅(qū)動。LTC4365自動驅(qū)動GATE引腳至低于兩個電源之中較低的電壓，從而防止電流從任一方向流過外部MOSFET。圖7所示應(yīng)用使用兩個LTC4365,以在兩個電源之間做出選擇。

應(yīng)該小心地確保在任意給定時間內(nèi)兩個LTC4365中只有一個被啟動。圖7：在兩個電源之中選擇一個SELOUT0VI1圖7：在兩個電源之中選擇一個SELOUT0VI1V2V出 “OUTGATtVinVoutL7C43C5V出 “OUTL7C43fiSSHOW在VOUT已加電時，VIN帶電反向接入甚至在VOUT由單獨的電源驅(qū)動時，LTC4365也可防止受到負VIN連接的影響。圖8顯示，當LTC4365處于停機模式，VOUT加電至20V，VIN帶電接入-20V電壓時的波形。只要不超過外部MOSFET的擊穿電壓（60V），那么VOUT端的20V電源電壓就不受VIN端反向極性連接的影響。lOTns/OivGATE10WDIVMl.M2lOTns/OivGATE10WDIVMl.M2-81^945DUAL.陽jt10WDIV圖8：VOUT加電時VIN熱插拔(HotSwap?)至負電源的波形結(jié)論LTC4365控制器保護敏感電路免受過壓、欠壓和電源反向連接的影響。只要合乎用戶可調(diào)的UV和OV跳變門限，那么電源電壓就被傳遞給輸出。在這個窗口之外的任何電壓都被隔離，窗口電壓最高為60V,最低為-40V。LTC4365采用纖巧的8