LTC4366高壓浪涌抑制器應用深入講解（獨家收錄）

LTC4366浪涌抑制器可保護負載免遭高壓瞬變的損壞。通過(guò)控制一個(gè)外部N溝道MOSFET的柵極，LTC4366可在過(guò)壓瞬變過(guò)程中調節輸出。在MOSFET兩端承載過(guò)壓的情況下，負載可以保持運作狀態(tài)。在返回線(xiàn)路中布設一個(gè)電阻器可隔離LTC4366，并允許其隨電源向上浮動(dòng)；因此，輸出電壓的上限僅取決于高值電阻器的可用性和MOSFET的額定規格。

一個(gè)可調的過(guò)壓定時(shí)器能在浪涌期間避免損壞MOSFET，而一個(gè)附加的9s定時(shí)器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機引腳負責在停機期間將靜態(tài)電流減小至14A以下。在一個(gè)故障發(fā)生之后，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執行自動(dòng)重試操作。

應用信息

LTC4366的典型應用是一種需要過(guò)壓保護的系統，該系統可在過(guò)壓瞬變期間安全地向負載分配功率。下面討論外部組件的選擇。

雙并聯(lián)穩壓器

LTC4366將兩個(gè)并聯(lián)穩壓器與外部降壓電阻器R_SS和R_IN配合使用，以在V_DD和OUT引腳上產(chǎn)生內部電源軌。這些并聯(lián)調節電源軌可提供針對電路輸入電壓無(wú)限度的高電壓瞬變之過(guò)壓保護，而與LTC4366內部電路的額定電壓無(wú)關(guān)。

在啟動(dòng)的起點(diǎn)、停機期間或過(guò)壓故障之后，GATE引腳電壓被箝位至OUT引腳，由此關(guān)斷MOSFET。這允許利用輸出負載和R_SS將V_SS和OUT引腳拉至地電位。在這種情況下，V_DD引腳電壓利用一個(gè)12V并聯(lián)穩壓器箝位至V_SS。然后，把(完整電源電壓–12V)施加至負責設定分路電流R_IN電阻器上。分路電流可以高達10mA，這比V_DD引9A的典型靜態(tài)電流高出了幾個(gè)數量級。

在正常操作模式中，OUT電壓等于輸入電源電壓。當C1滿(mǎn)充電時(shí)，I_C1在這一點(diǎn)上為零。在這種情況下，利用一個(gè)5.7V并聯(lián)穩壓器對OUT和V_SS引腳之間的電壓進(jìn)行箝位。(輸入電源電壓–5.7V)被加至R_SS上。R_SS電流被分為三塊：5.7V分路電流、OUT和V_SS之間的偏置電流以及最終的R_IN電流。5.7V分路電流可高達10mA，大大超過(guò)了典型的OUT(160A)偏置電流。

開(kāi)機時(shí)序

在輸入電源上升之后，V_DD和V_SS引腳之間的電壓并聯(lián)將調節至12V。接著(zhù)，在內部生成的電源V_CC產(chǎn)生一個(gè)30s的上電復位脈沖，該脈沖將進(jìn)行故障鎖存器的清零以及內部鎖存器的初始化。然后，停機比較器確定SD引腳是否被外部拉至低電平，如果“是”則請求進(jìn)入一種低偏置電流停機狀態(tài)。否則將允許外部MOSFETM1開(kāi)通。

從V_DD引腳接入，通過(guò)7.5AGATE上拉電流源給MOSFET柵極上電，這種方法被稱(chēng)為“自舉”的方法。當GATE電壓達到V_DD引腳電壓(減去一個(gè)肖特基二極管壓降)時(shí)，7.5A電流源將失去電壓降并停止向GATE充電(圖2中間的那個(gè)波形)。自舉法依賴(lài)于在GATE引腳電壓停止上升之后將C1充電至一個(gè)足夠的電壓。C1上的電壓隨后用作一個(gè)充電泵的電源，此充電泵負責把柵極充電至其終值(即：OUT+12V)。如果充電泵電流超過(guò)C1充電電流，則C1將放電。倘若C1電壓低于4.35V以下，則充電泵將暫停操作，并讓C1再充電。

如果電源開(kāi)通并在大負載情況下不能把C1充起來(lái)，就有可能導致過(guò)熱現像的發(fā)生，并隨之造成器件受損。在柵極和輸出斜坡上升時(shí)，MOSFET兩端的壓降為輸入電源電壓減去輸出電壓。如果電源電壓低于C1充電所需的數值，則輸出將無(wú)法斜坡上升超越(電源電壓–MOSFET門(mén)限)。這種3V至5V的MOSFET壓降以及高負載電流將導致沒(méi)有任何保護或超時(shí)限值的功率耗散。

過(guò)壓故障

LTC4366可避免輸入電源上的過(guò)壓到達負載。一般地，傳輸晶體管完全導通，并以非常小的電壓降給負載供電。當輸入電壓增加時(shí)，OUT電壓增加，直至其達到調節點(diǎn)(V_REG)為止。從該點(diǎn)起，任何進(jìn)一步的電壓增加都將降落在MOSFET的兩端。請注意，由于MOSFET仍然處于導通狀態(tài)，因此LTC4366可在短時(shí)間過(guò)壓過(guò)程中實(shí)現不間斷的運作。

V_REG調節點(diǎn)利用兩個(gè)FB電阻器(R_FB1和R_FB2)來(lái)配置。調節放大器負責將FB引腳電壓與(門(mén)限OUT引腳電壓–1.23V)進(jìn)行比較。在調節期間R_FB1兩端的壓降為1.23V，而剩余的V_REG電壓則降落在R_FB2的兩端。當輸出位于調節點(diǎn)時(shí)，起動(dòng)一個(gè)定時(shí)器以避免MOSFET中產(chǎn)生過(guò)大的功率耗散。通常利用一個(gè)1.8A下拉電流將TIMER引腳保持于低電平。在調節期間，TIMER引腳以9A的電流進(jìn)行充電。如果調節點(diǎn)的保持時(shí)間之長(cháng)足以使TIMER引腳電壓達到2.8V，則產(chǎn)生一個(gè)過(guò)壓故障鎖定。用于設定定時(shí)器電容器的公式為：

　C_T=3.5?t[nF/ms]

視版本的不同，該器件將冷卻并自動(dòng)起動(dòng)(LTC4366-2)，或者保持鎖斷狀態(tài)直到SD引腳啟動(dòng)一個(gè)重起為止(LTC4366-1)。冷卻時(shí)間通常為9秒，這提供了一個(gè)非常低的脈沖電源占空比。

在輸入電源過(guò)壓和滿(mǎn)負載電流條件下啟動(dòng)確實(shí)會(huì )使MOSFET的功率耗散遠遠超過(guò)一般過(guò)壓浪涌時(shí)的水平。在柵極和輸出電壓斜坡上升期間，部分電源電壓(在滿(mǎn)電流時(shí))降落在MOSFET的兩端。在啟動(dòng)之后，正常的過(guò)壓浪涌發(fā)生在MOSFET關(guān)斷之前。對于MOSFET的安全工作區(SOA)計算，“設計實(shí)例”部分僅考慮了正常的過(guò)壓浪涌。在過(guò)壓情況下啟動(dòng)將需要對SOA做更多的考慮。

停機

LTC4366具有一種低電流(20A)停機狀態(tài)，該狀態(tài)可通過(guò)利用一個(gè)開(kāi)關(guān)電阻把GATE和OUT引腳連接在一起以關(guān)斷傳輸FET。在正常操作條件下，一個(gè)1.6A電流源將SD引腳上拉至V_DD引腳電壓。當不使用停機狀態(tài)時(shí)，則SD引腳連接至V_DD。SD引腳拉至低于(V_DD引腳電壓–1.5V)并持續超過(guò)700s的濾波器時(shí)間，將啟動(dòng)停機狀態(tài)。該濾波器時(shí)間用于避免在瞬變期間發(fā)生不希望的停機啟動(dòng)。SD引腳通過(guò)二極管箝位在V_SS–0.7V，這需要對下拉器件進(jìn)行電流限(最大值為10mA)。限流的方法之一是連接一個(gè)與集電極開(kāi)路下拉器件相串聯(lián)的外部470k電阻器。啟動(dòng)外部下拉電流源將超過(guò)內部1.6A上拉電流源，并使得SD引腳電壓越過(guò)停機門(mén)限。在一個(gè)過(guò)壓故障之后，把器件置于停機狀態(tài)可將清除故障，從而在LTC4366退出停機狀態(tài)時(shí)立即恢復運作。

輸出短路

輸出的突然短路會(huì )導致柵極電容器C_G過(guò)大的電流進(jìn)入LTC4366GATE引腳。GATE引腳通過(guò)一個(gè)10V至12V的箝位電路連到OUT。如果OUT引腳電壓被拉低而GATE引腳電壓利用C_G保持上拉，則箝位電路將由于在箝位電壓被超過(guò)時(shí)試圖對C_G進(jìn)行放電而受損。一種解決方案是增設一個(gè)與C_G串聯(lián)的1kR_S電阻器和一個(gè)旁路二極管，如圖3中所示。這個(gè)二極管使電容器能充當一條旁路，在電源過(guò)壓期間吸收來(lái)自MOSFET漏極至柵極寄生電容器的能量。

電阻器額定功率

必須考慮圖1中R_SS電阻器的正確額定值。在過(guò)壓期間，OUT引腳處于調節電壓(V_REG)，因此R_SS兩端的電壓為V_REG–5.7V。一個(gè)小的最小電源電壓要求R_SS的阻值不能太大。于是，如果最小電源電壓與調節電壓之間的差異很大，則R_SS可能需要使用一個(gè)大功率電阻器。在過(guò)壓冷卻周期中，(全電源電壓–12V)會(huì )出現在R_IN的兩端。通常，R_IN的阻值比R_SS的阻值大幾倍，因而降低了針對該電阻器的功率和尺寸要求。

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摘要：一個(gè)可調的過(guò)壓定時(shí)器能在浪涌期間避免損壞MOSFET，而一個(gè)附加的 9s 定時(shí)器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機引腳負責在停機期間將靜態(tài)電流減小至14 A以下。在 一個(gè)故障發(fā)生之后，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執行自動(dòng)重試操作。

2.LTC4366浪涌抑制器工作原理詳解

摘要：本 文描繪了三種操作狀態(tài)：起動(dòng)、運行和調節模式。先前的浪涌抑制器件由輸入電源供電，因此所能承受 的浪涌電壓被限制為器件輸入引腳的擊穿電壓。如運行模 式和調節模式所示，該器件的大部分電路都由輸出供電， 于是MOSFET將浪涌與器件的電源引腳隔離開(kāi)來(lái)。這允許用于浪涌電壓高至外MOSFET的擊穿電壓。