假如有人將 24V 電源連接到您的 12V 電路上，將發生什麼？
倘若電源線和接地線因疏忽而反接，電路還能安然無恙嗎？
您的應用電路是否工作於那種輸入電源會瞬變至非常高壓或甚至低於地電位的嚴酷環境中？
即使以上類事件的發生概率很低，但只要出現任何一種就將徹底損壞電路板。
為了隔離負電源電壓，我們慣常的做法是佈設一個與電源相串聯的功率二極管或 P 溝道 MOSFET。然而——
- 二極管既佔用寶貴的板級空間，又會在高負載電流下消耗大量的功率；
- P 溝道 MOSFET 的功耗雖然低於串聯二極管，但 MOSFET 以及所需的驅動電路將導致成本增加。
這兩種解決方案均犧牲了低電源操作性能，尤其是串聯二極管。而且，兩種方法都沒有提供針對過高電壓的保護——這種保護需要更多的電路，包括一個高電壓窗口比較器和充電泵。
LTC4365 是一款獨特的解決方案，可精巧和穩健地保護敏感電路免遭意料之外的高電源電壓或負電源電壓。LTC4365 能隔離高達 60V 的正電壓和低至 –40V 的負電壓。只有處於安全工作電源範圍之內的電壓被傳送至負載。僅需的外部有源組件是一個連接在不可預知的電源與敏感負載之間的雙路 N 溝道 MOSFET。
圖 1 示出了一款完整的應用電路。一個阻性分壓器負責設定用於負載與 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電路
雙路 N 溝道 MOSFET 負責在 VIN 上隔離正電壓和負電壓。在標準運作期間，LTC4365 為外部 MOSFET 的 柵極提供了增強的 8.4V。LTC4365 的有效工作範圍從低至 2.5V 到高達 34V —— OV和UV窗口可介於此範圍之內。對於大多數應用來說，無需在 VIN 上設置保護性箝位電路，從而進一步簡化電路板設計。
準確和快速的過壓及欠壓保護
LTC4365 中兩個準確 (±1.5%) 的比較器用於監視 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 的柵極將快速關斷。外部阻性分壓器允許用戶選擇一個與 VOUT 上的負載相兼容的輸入電源範圍。此外，UV 和 OV 輸入還具有非常低的漏電流 (在 100°C 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。UV 和 OV 門限被分別設定為 3.5V 和 18V。當電源電壓位於 3.5V 至 18V 窗口之內 時， VOUT 跟隨 VIN 。若超出該窗口時，LTC4365 將 關斷 N 溝道 MOSFET，並使 VOUT 與 VIN 斷接，即使 在VIN 為負值的情況下也不例外。
圖 2：當 VIN 從 –30V上升至 30V 時的負載保護
新穎的電源反向保護
LTC4365 運用了一種新穎的負電源保護電路。當 LTC4365 在 VIN 上檢測到負電壓，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。當外部 N 溝道 MOSFET 的柵極處於最負電位 (VIN )時，從 VOUT至 VIN 上負電壓的漏電流極小。
圖 3 示出了當 VIN 帶電插入至 –20V 時出現的狀況。 在連接的前一刻，VIN 、VOUT 和 GATE 以地電位為起始點。由於 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。
圖 3：從 VIN 至 –20V 的熱插拔保護
顯然，LTC4365 反向保護電路的動作速度取決於 GATE 引腳在負電壓瞬變期間跟隨 VIN 的緊密程度。在所示的標度上，兩者的波形幾乎無法區分。請注意，提供反向保護並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 OV 或 UV 故障之後 (或當 VIN 變至負值時)， 輸入電源必須返回有效的工作電壓窗口並持續至少 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 VIN 連接提供了保護作用， 即使在 VOUT 由一個單獨的電源驅動時也是如此。只要不超過外部 MOSFET 的擊穿電壓 (60V)，那麼 VIN 上的極性反接就不會對 VOUT上的20V電源造成影響。
結論
通過採用背對背 MOSFET (而並未使用二極管)， LTC4365 控制器為敏感電路提供了過壓、欠壓和電源反接的保護作用。電源電壓只有在合格通過可由用戶調節的 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，保護範圍可高達 60V和低至–40V。
LTC4365 的新穎架構造就了一款外部組件極少的堅 固型小尺寸解決方案，並可提供纖巧型 8 引腳 3mm x 2mm DFN 和 TSOT-23 封裝。LTC4365 具有一個 2.5V 至34V的寬工作範圍，停機期間僅消耗 10µA。
以上圖文內容均轉載自訂閱號：電子工程世界（微信搜索 eeworldbbs 關注）
歡迎微博@EEWORLD
如果您也寫過此類原創乾貨歡迎將您的原創發至：[email protected]，一經入選，我們將幫你登上頭條！
與更多行業內網友進行交流請登陸EEWorld論壇。
閱讀更多 電子工程世界 的文章
