具高級輸入和負載保護功能的10A μModule降壓型穩壓器

引言

總線(xiàn)電壓浪涌不僅對DC/DC轉換器構成危險，也對負載帶來(lái)威脅。傳統的過(guò)壓保護方案采用熔絲，其動(dòng)作速度和可靠性均未必足以保護諸如FPGA、ASIC和微處理器等負載。一種較好的解決方案是可準確和快速地檢測過(guò)壓情況，隨后通過(guò)迅速斷接輸入電源并利用一條低阻抗通路釋放負載上的過(guò)電壓來(lái)做出響應。借助LTM4641中的保護功能就可做到這一點(diǎn)。

電源和保護

LTM4641是一款4.5V至38V輸入、0.6V至6V輸出、10A降壓型μModule穩壓器，其具有高級輸入和負載保護選項，包括：

（A）輸入保護

●具閉鎖門(mén)限的欠壓閉鎖、過(guò)壓停機

●N溝道過(guò)壓電源中斷MOSFET驅動(dòng)器

●能利用少量外部元件構成浪涌抑制器

（B）負載保護

●穩健、可復位的閉鎖過(guò)壓保護

●N溝道過(guò)壓放電功率MOSFET驅動(dòng)器

此外，針對下列故障的跳變檢測門(mén)限是可定制的：輸入欠壓、過(guò)熱、輸入過(guò)壓和輸出過(guò)壓。特定的故障情況發(fā)生時(shí)可設定為閉鎖或遲滯重啟響應——或者停用。

輸出過(guò)壓和負載保護

電源和半導體控制IC行業(yè)中的常用輸出過(guò)壓保護方案是接通同步（底端）MOSFET.這種方法可在嚴重的負載電流下降過(guò)程中提供某些過(guò)壓保護，但在避免負載遭受諸如高壓側功率開(kāi)關(guān)MOSFET短路等真實(shí)的故障情況則并不是非常有效。如圖1所示，當把一個(gè)輸出放電MOSFET（MCB）和一個(gè)輸入串聯(lián)MOSFET（MSP）配合起來(lái)使用時(shí)，LTM4641可提供同類(lèi)最佳的輸出過(guò)壓保護。


圖1：具輸入斷接和快速放電輸出過(guò)壓保護功能的LTM4641



MCB是一個(gè)任選的外部放電器件，其位于VOUT上。假如輸出電壓超過(guò)了一個(gè)可調門(mén)限（默認值為高出標稱(chēng)值11%），則LTM4641立即將其CROWBAR輸出邏輯拉至高電平（響應時(shí)間的最大值為500ns）并閉鎖其輸出電壓：功率級變至高阻抗狀態(tài)，而且內部頂端和底端MOSFET均被閉鎖。CROWBAR輸出接通MCB，對輸出電容器進(jìn)行放電并防止輸出電壓發(fā)生任何進(jìn)一步的正向擺動(dòng)。

MSP被置于輸入電源（VIN）和LTM4641的功率級輸入引腳（VINH）之間，并被用作一個(gè)可復位的電子式電源中斷開(kāi)關(guān)。當LTM4641的內部電路檢測到某種故障狀況，例如一個(gè)輸出過(guò)壓（OOV）情況，MSP的柵極在2.6μs（最大值）內放電，而MSP關(guān)斷。于是輸入電源與LTM4641的功率級輸入（VINH）斷接，從而可阻止有害的（輸入）電壓到達昂貴的負載上。另外，LTM4641還采用一個(gè)獨立的基準電壓以產(chǎn)生一個(gè)OOV門(mén)限（與控制IC的帶隙電壓分開(kāi)）。

圖1示出了當頂端MOSFET MTOP發(fā)生故障（因而在VIN和SW節點(diǎn)之間引起短路）時(shí)的CROWBAR和VOUT波形。CROWBAR在500ns內變至高電平，并接通MCB以將輸出短路至地。VOUT不可以超過(guò)規定輸出電壓的110%.

輸入過(guò)壓和欠壓保護

LTM4641具有輸入欠壓和過(guò)壓保護功能，其跳變門(mén)限可由用戶(hù)設定。請參閱圖2.

UVLO引腳直接將信號饋入一個(gè)比較器的反相輸入，其跳變門(mén)限為0.5V.當UVLO引腳電壓降至低于0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作被禁止；當UVLO引腳電壓超過(guò)0.5V時(shí)，可恢復執行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。IOVRETRY和OVLO引腳各自直接將信號饋入跳變門(mén)限為0.5V之比較器的同相輸入端。當IOVRETRY引腳電壓超過(guò)0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作被禁止；當IOVRETRY引腳電壓降至0.5V以下時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作可恢復。當OVLO引腳電壓超過(guò)0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作被禁止；而當OVLO引腳電壓隨后降至低于0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作則要到鎖存器被復位之后才能恢復。這三個(gè)引腳為定制LTM4641的運行方式提供了附加的靈活性。


圖2：用于設定輸入UVLO、IOVRETRY和OVLO門(mén)限的電路

效率

圖3示出了當采用12V的典型輸入電壓時(shí)LTM4641的效率曲線(xiàn)（針對圖1所示的電路）。盡管內置了所有這些保護電路，LTM4641仍能實(shí)現高效率。


圖3：LTM4641的效率曲線(xiàn)