過壓保護(hù)的電路器件分析

MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398過壓保護(hù)(OVP)器件用于保護(hù)后續(xù)電路免受甩負(fù)載或瞬間高壓的破壞。器件通過控制外部串聯(lián)在電源線上的n溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電壓超過用戶設(shè)置的過壓門限時(shí)，拉低MOSFET的柵極，MOSFET關(guān)斷，將負(fù)載與輸入電源斷開。

　　過壓保護(hù)(OVP)器件數(shù)據(jù)資料中提供的典型電路可以滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求(圖1)。然而，有些應(yīng)用需要對(duì)基本電路進(jìn)行適當(dāng)修改。本文討論了兩種類似應(yīng)用：增大電路的最大輸入電壓，在過壓情況發(fā)生時(shí)利用輸出電容存儲(chǔ)能量。

　　圖1. 過壓保護(hù)的基本電路

　　增加電路的最大輸入電壓

　　雖然圖1電路能夠工作在72V瞬態(tài)電壓，但有些應(yīng)用需要更高的保護(hù)。因此，如何提高OVP器件的最大輸入電壓是一件有意義的事情。圖2所示電路增加了一個(gè)電阻和齊納二極管，用來對(duì)IN的電壓進(jìn)行箝位。如果增加一個(gè)三極管緩沖器(圖3)，就可以降低對(duì)并聯(lián)穩(wěn)壓器電流的需求，但也提高了設(shè)計(jì)成本。

　　圖2. 增大最大輸入電壓的過壓保護(hù)電路

　　圖3. 通過三極管緩沖器增大輸入電壓的過壓保護(hù)電路

齊納二極管的選擇，要求避免在正常工作時(shí)消耗過多的功率，并可承受高于輸入電壓最大值的電壓。此外，齊納二極管的擊穿電壓必須小于OVP的最大工作電壓(72V)，擊穿時(shí)齊納二極管電流最大。

　　串聯(lián)電阻(R3)既要足夠大，以限制過壓時(shí)齊納二極管的功耗，又要足夠小，在最小輸入電壓時(shí)能夠維持OVP器件正常工作。

　　圖2中電阻R3的阻值根據(jù)以下數(shù)據(jù)計(jì)算：齊納二極管D1的擊穿電壓為54V;過壓時(shí)峰值為150V，齊納二極管的功率小于3W。根據(jù)這些數(shù)據(jù)要求，齊納二極管流過的最大電流為：

　　3W/54V = 56mA

　　根據(jù)這個(gè)電流，R3的下限為：

　　(150V - 54V)/56mA = 1.7kΩ

　　R3的峰值功耗為：

　　(56mA)2 × 1.7kΩ = 5.3W

　　如果選擇比5.3W對(duì)應(yīng)電阻更小的阻值，則會(huì)在電阻和齊納二極管上引起相當(dāng)大的功率消耗。

　　為了計(jì)算電阻R3的上限，必須了解供電電壓的最小值。保證MAX6495正常工作的最小輸入電壓為5.5V。例如，假設(shè)供電電壓的最小值為6V，正常工作時(shí)R3的最大壓降為500mV。由于MAX6495的工作電流為150μA (最大)，相應(yīng)電阻的最大值為：

　　500mV/150uA = 3.3kΩ

　　圖2中的R3設(shè)置為2kΩ，可以保證供電電壓略小于6V時(shí)OVP器件仍可以正常工作。

　　注意，發(fā)生過壓故障時(shí)，R3和D1 (圖2)需要耗散相當(dāng)大的功率。如果過壓條件持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(如：幾十毫秒以上)，圖3所示電路或許更能勝任應(yīng)用的要求。圖中射極跟隨器通過降低從R3與D1節(jié)點(diǎn)抽取的電流大大增加R3所允許的最大值。以β值為100的三極管為例，此時(shí)150?A的器件工作電流變成1.5uA。這種情況下，不能忽略5uA的二極管反向漏電流。R3為10kΩ，因此，由于漏電流在R3上產(chǎn)生的壓降會(huì)達(dá)到50mV。

　　在IN和GND間使用一個(gè)1uF (最小值)的陶瓷電容。確保器件的電壓范圍滿足輸入電壓的要求，須注意MOSFET的VDS_MAX額定值。

　　利用輸出端電容儲(chǔ)能

　　發(fā)生過壓時(shí)，典型應(yīng)用電路能夠?qū)敵鲭娙葑詣?dòng)放電，以保護(hù)下游電路(圖4)，有些應(yīng)用需要利用輸出電容儲(chǔ)存能量，并且能夠在瞬間高壓的條件下繼續(xù)維持下游電路的供電，利用圖5電路可以達(dá)到這一目的。