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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)必須處理短時間的高電壓浪涌、保持負(fù)載上的調(diào)節(jié)同時避免敏感電路遭受危險瞬變的損壞。常用的保護(hù)方案需要使一個串聯(lián)鐵芯電感器和高值電解旁路容器 ，并輔之以一個功率瞬態(tài)壓抑制高值電解旁路容器 ，并輔之以一個功率瞬態(tài)壓抑制(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 — 龐大的電感器和容常是系統(tǒng)中zui高組件。即使采用了此類保護(hù)方案也不能提供針對反向輸入電壓 或源欠(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電壓考慮， 設(shè)計人員增了一個隔離二極管，但這中的額外電壓降會導(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)動兩個背對背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穩(wěn)定的電壓，而另一個 (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還可提供針對過載和短路的保護(hù)、承受輸出電壓反向、在輸入欠壓情況下保持MOSFET關(guān)斷、以及在輸入過壓情況下禁止接通或自動重試。該器件的停機模式可將電源電流減小到低至10μA。
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)動至*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zui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，ENOUT引腳電平走高以啟動負(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MOSFET M1和一個阻性分壓器對輸出電壓進(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)載電路面對一個92V輸入尖峰可繼續(xù)運作
在電流過載的情況下，LTC4364通過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)。對于OUT低于1.5V時的嚴(yán)重輸出短路，電流限制檢測電壓將折返至 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)重輸出短路時的MOSFET應(yīng)力
當(dāng)出現(xiàn)輸出限制時 (過壓 [如圖5所示] 或過流)，定時器電容器電壓斜坡上升。假如這種狀況持續(xù)的時間足夠長以至于TMR引腳電壓達(dá)到1.25V，則FAULT引腳電平走低，以向下游電路發(fā)出“即將發(fā)生功率損失”的早期報警。在1.35V電壓下定時器將關(guān)斷MOSFET，并在等待一個冷卻間隔之后再嘗試重新起動。
圖5：LTC4364-2在過壓故障之后的自動重試定時器序列提供了一個非常長的冷卻周期(0.1%占空比)
LTC4364監(jiān)視MOSFET兩端的電壓，并針對不斷增加的VCC– VOUT成比例地縮短關(guān)斷定時器間隔。這樣，高應(yīng)力輸出短路過程的持續(xù)時間間隔要比短暫的輕微過載更短，因而有助于確保MOSFET在其安全工作區(qū)之內(nèi)運作。
在過壓或過流情況下，LTC4364具有一個非常低的再起動占空比 (約為0.1%)，從而可確保MOSFET在因故障而被關(guān)斷之后先冷卻，然后再重新起動。圖5示出了LTC4364-2在一個過壓故障之后的自動重試定時器序列。
LTC4364的一個重要特性是：可在輸入電源和VCC引腳之間布設(shè)一個電流限制器件，例如一個電阻器(圖2中的R4)?，F(xiàn)在，VCC引腳上的電源瞬變可利用一個電容器 (圖2中的C1) 進(jìn)行濾波或由一個齊納二極管 (圖2中的D1) 進(jìn)行箝位。如果選擇了一個正確的MOSFET M1，那么該方案將能承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于100V的電源瞬變。圖2中的電路可耐受高達(dá)200V的電源瞬變。
輸入電壓監(jiān)視可避免發(fā)生不想要的接通
LTC4364采用UV引腳來檢測輸入欠壓狀況 (例如：低電池電量)，并在UV引腳電壓低于1.25V時使MOSFET保持關(guān)斷。另外，LTC4364還監(jiān)視輸入過壓狀況并把MOSFET保持在關(guān)斷狀態(tài)，以在發(fā)生某種輸出故障情況之后執(zhí)行啟動或再起動操作。
在上電時，如果OV引腳電壓在100μs的上電復(fù)位延遲結(jié)束之前 (或UV引腳電壓升至1.25V以上之前) 高于1.25V，則MOSFET將保持關(guān)斷，直到OV引腳電壓降至1.25V以下為止。該特性可避免當(dāng)電路板插入一個過壓電源時執(zhí)行啟動操作，借助的方法是采用兩個分離的阻性分壓器以及用于OV和UV引腳的合適濾波電容器 (圖6)。