摘要

在許多應(yīng)用中，防止過壓至關(guān)重要。本文將闡釋如何利用保護(hù)電路來消除過壓。

引言

例如，在配電系統(tǒng)中，高負(fù)載的快速斷開可能會導(dǎo)致過壓的產(chǎn)生。為保護(hù)連接到同一電源的其他負(fù)載，建議采取浪涌保護(hù)措施。圖1所示為一個保護(hù)電路的布局，在待保護(hù)的電子電路前端使用了LT4363。此示例源自一個額定電源電壓為24 V的工業(yè)應(yīng)用。

圖1.用于攔截電壓浪涌的浪涌保護(hù)電路的簡易圖示。 

通常情況下，在出現(xiàn)過壓時，受到保護(hù)的電子設(shè)備應(yīng)保持不間斷地運行。這就要求保護(hù)電路能夠使斷路器（圖1中的Q1）在線性范圍內(nèi)工作。在出現(xiàn)過壓期間，MOSFET既不會完全關(guān)斷，也不會完全導(dǎo)通，而是處于部分導(dǎo)通狀態(tài)。在這種工作狀態(tài)下，它的作用就像一個電阻，過壓會在其上產(chǎn)生壓降。因此，升高的電壓所蘊含的能量會在MOSFET Q1中轉(zhuǎn)化為熱量。根據(jù)所選MOSFET的不同，它只能在一定時間內(nèi)承受這種熱量，之后便會因過熱而損壞。

圖2.MOSFET的典型SOA曲線。

圖2顯示了MOSFET的典型安全工作區(qū)(SOA)曲線。SOA曲線定義了器件在不同電壓降下可承載的電流大小，以及能夠持續(xù)承載該電流的時長。如果希望有更大的電流長時間流過MOSFET，就必須選擇SOA范圍更大的MOSFET。SOA的范圍越大，MOSFET的尺寸也就越大。這同樣會增加元件的成本。

為了實現(xiàn)元件尺寸的優(yōu)化，通常會選用盡可能小的MOSFET，并確保其安全運行。這意味著所選的MOSFET既不尺寸過大，又要在實際應(yīng)用中充分利用其SOA的大部分范圍。為此，控制器IC要能夠精確識別工作狀態(tài)，以判斷MOSFET的運行是否處于SOA的安全范圍內(nèi)。然而，許多控制器IC僅僅測量流過MOSFET的電流。若還能了解MOSFET兩端的電壓降，那就更好了。

圖3.在LT4363中，根據(jù)漏源電壓對定時電容器進(jìn)行充電，實現(xiàn)對SOA曲線的一種準(zhǔn)仿真。

LT4363浪涌保護(hù)器件不僅會考慮流過MOSFET的電流大小，還會考慮源極和漏極之間施加的電壓。如此一來，MOSFET能夠在線性模式下更安全地運行，而且也許能夠選擇尺寸更小的MOSFET，進(jìn)而降低系統(tǒng)成本。

這種保護(hù)機制的工作原理是，根據(jù)所測量的電流和壓降，對圖1中TMR引腳上的定時電容器進(jìn)行充電。如果電容器上的電壓上升到1.275 V以上，就會發(fā)出警告。而當(dāng)電壓高于1.375 V時，MOSFET會完全關(guān)斷，以實施保護(hù)。

圖3顯示了圖1中LT4363的定時電容器上的電壓如何由于圖1中MOSFET Q1上的VDS電壓而上升。對于流過MOSFET Q1的電流，同樣有類似的充電圖示。這些參數(shù)可確保不會超出MOSFET的SOA曲線，不僅實現(xiàn)了安全運行，也起到了過壓保護(hù)的作用。

結(jié)論

過壓保護(hù)模塊看起來相當(dāng)簡單且不起眼，但一些細(xì)微的特性卻能在過壓保護(hù)的性能表現(xiàn)及MOSFET的選型方面產(chǎn)生重大影響。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計和應(yīng)用知識，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。