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過壓保護的備用電路:提示和技巧

星星科技指導員 ? 來源:ADI ? 作者:ADI ? 2023-05-09 11:30 ? 次閱讀

過壓保護 (OVP) 器件可保護下游電路免受拋負載事件或瞬變期間發(fā)生的過壓情況的影響。有時,OVP器件的基本應用電路不足以滿足特定應用;以下是兩種常見的變體。首先,可以提高電路的最大輸入電壓。其次,可以修改電路,將輸出電容用作儲能器,以在過壓或欠壓條件下保持能量。本應用筆記討論了如何進行這兩種設計修改。MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398 OVP器件可作為這些技術的示例。

介紹

MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398過壓保護(OVP)器件可保護下游電路免受拋負載事件或瞬變期間發(fā)生的過壓情況的影響。這些器件通過控制與電源軌串聯(lián)的 n 溝道 MOSFET 來工作。當電壓超過用戶指定的過壓門限時,柵極拉低,MOSFET 關斷,斷開電源軌。

數(shù)據(jù)手冊中介紹的這些OVP器件的典型電路適用于大多數(shù)應用(見圖1)。然而,有時應用需要對基本電路進行一些修改。本文討論了兩種這樣的應用:增加最大輸入電壓,以及在過壓事件期間使用輸出電容作為儲能器。

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圖1.基本過壓保護電路

增加最大輸入電壓

雖然圖1中的電路適用于高達72V的輸入電壓瞬變,但某些應用需要更多的保護。因此,了解如何提高OVP器件中的最大輸入電壓是有利的。圖2顯示了一個帶有一個附加電阻和一個齊納二極管的電路,齊納二極管用于箝位IN上的電壓。雖然增加晶體管緩沖器(圖3)降低了并聯(lián)穩(wěn)壓器的電流要求,但確實增加了設計成本。

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圖2.增加最大輸入電壓的過壓保護電路。

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圖3.該過壓保護器電路使用晶體管緩沖器來增加最大輸入電壓。

要選擇齊納電壓并避免在正常工作期間浪費功率,請選擇高于最大正常輸入電壓的電壓。此外,齊納二極管電壓必須低于OVP電路的最大工作電壓(72V),在齊納二極管電流最高的瞬態(tài)條件下。

串聯(lián)電阻R3必須足夠大,以限制過壓條件下齊納二極管的功耗,但又要足夠小,以最小輸入電壓維持OVP IC的功率。

計算圖3的R2電阻值從以下給定開始:D1的齊納電壓為54V;過壓峰值為150V;齊納二極管中的功率應為3W或更低。根據(jù)這些數(shù)據(jù),流過齊納二極管的最大電流為:

3W/54V = 56mA

有了這個電流,R3的下限應該是:

(150V - 54V)/56mA = 1.7kΩ

因此,R3的峰值功耗為:

(56mA)2 × 1.7kΩ = 5.3W

小于此5.3W的電阻值將導致電阻和齊納二極管中相當大的功耗。

要計算電阻的上限,必須知道所需的最小電源電壓。MAX6495要求輸入電壓至少為5.5V。在本例中,最小電源電壓為6V,因此正常工作期間電阻R3兩端的可接受壓降為500mV。由于MAX6495的電源電流為150μA(最大值),相應的最大電阻值為:

500mV/150μA = 3.3kΩ

圖3電路的電阻R2設置為2kΩ,以確保OVP器件在略低于6V的輸入電壓下工作。

請注意,在過壓條件下,R3和D1(圖2)的功耗很大。如果過壓瞬變持續(xù)(即超過幾十毫秒),圖3中的電路可能更適合該應用。該發(fā)射極-跟隨器電路通過減少從R3和D3之間的節(jié)點汲取的電流,大大增加了R1的允許最大值。對于 100 的晶體管β,150μA 的電源電流變?yōu)?1.5μA。此時,二極管的5μA反向漏電流不容忽視。R3設置為10kΩ,從而將R3上由漏電流引起的壓降限制在50mV。

在IN至GND之間使用1μF(最小值)陶瓷電容器。 確保元件的額定電壓滿足輸入電壓要求。仔細注意VDS_MAXMOSFET系列的額定值。

使用輸出電容器作為儲能器

在過壓條件下,典型應用電路會自動對輸出電容放電以保護下游電路(圖 4)。有時,應用需要輸出電容來存儲能量,并在瞬態(tài)過壓條件下保持下游電路的電源。圖5中的電路實現(xiàn)了此操作。

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圖4.典型的過壓限制電路,顯示輸出電容的放電路徑。

MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398使用連接至GATE輸出的內(nèi)部100mA吸電流(見圖4)對柵極電容放電和輸出電容放電。吸電流使柵極放電(參見電流I1,綠色箭頭),直到 GATE 上的電壓等于 OUTFB 上的電壓。此時,F(xiàn)ET 關閉。吸電流繼續(xù)降低GATE上的電壓,最終正向偏置內(nèi)部箝位二極管并放電輸出電容(電流I2紅色)。

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圖5.帶儲能電容電路的過壓限制器。

如果OUTFB斷開,從而消除通過箝位二極管的電流路徑,則輸出電容不再放電。但是,MOSFET的柵極不再具有保護箝位二極管和VGS_MAX可能會超過評級。

在MOSFET的源極到MOSFET的柵極增加一個外部箝位二極管(圖1中的D5),重新引入從輸出到100mA吸電流的電流路徑。通過在GATE和柵極引腳之間增加一個串聯(lián)電阻(圖3中的R5),可以限制該電流,并減少輸出電容上的電流消耗。限制電流還會增加關斷時間,并減慢電路對尖銳過壓瞬變的響應。在串聯(lián)電阻兩端增加一個電容(圖4中的C5)有助于縮短響應時間。一個可選的電阻器R4可防止OUTFB浮動。

如果MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398工作在限幅器模式,將SET電阻分壓器連接到輸出連接而不是輸入端(見上圖),電路可以周期性地向輸出電容增加電荷。然后,當電容電壓降至過壓門限的遲滯電壓以下時,串聯(lián)MOSFET導通,為電容充電,當電壓超過過壓門限時關斷。

圖6所示為MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398連接工作在過壓監(jiān)測模式。通過將SET電阻分壓器連接到輸入連接,MOSFET將在輸入過壓期間關斷并保持關斷狀態(tài),直到過壓條件消失。

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圖6.過壓比較器配置為過壓監(jiān)視模式。

審核編輯:郭婷

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