工程師講解：管理電子系統(tǒng)浪涌 需加強(qiáng)系統(tǒng)保護(hù)

避免電子產(chǎn)品出現(xiàn)電路系統(tǒng)故障及管理上電浪涌電流的方法已經(jīng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，從簡(jiǎn)單的保險(xiǎn)絲或P通道FET發(fā)展成了更為高級(jí)的解決方案。這些高集成解決方案不但可以管理浪涌流入系統(tǒng)，同時(shí)也能確保傳輸元件(通常為FET)在安全工作區(qū)(SOA)內(nèi)。這可顯著改進(jìn)系統(tǒng)診斷的控制與故障遙測(cè)。本文將討論系統(tǒng)保護(hù)的增強(qiáng)型解決方案以及主要相關(guān)問(wèn)題。

簡(jiǎn)單的系統(tǒng)保護(hù)

電氣電路最簡(jiǎn)單的保護(hù)形式就是適當(dāng)額定值的保險(xiǎn)絲。深入研究您當(dāng)前應(yīng)用的適當(dāng)解決方案，會(huì)發(fā)現(xiàn)有各種保險(xiǎn)絲可供選擇，包括但不限于快熔絲、慢熔絲、多晶硅熔絲與智能熔絲等。之所以存在不同類型的保險(xiǎn)絲，是因?yàn)槊糠N保險(xiǎn)絲都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

快熔絲顧名思義：能快速熔斷，也就是說(shuō)很可能出現(xiàn)錯(cuò)誤跳變，導(dǎo)致產(chǎn)品回收。因此，選擇這種保險(xiǎn)絲時(shí)應(yīng)注意額定值降低要高于50%，即5A軌的保險(xiǎn)絲額定值應(yīng)高于10A，以避免應(yīng)用錯(cuò)誤故障。

慢熔絲開(kāi)始熔斷時(shí)間較長(zhǎng)，但仍會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤跳變，因此額定值調(diào)低通常至少在50%。

多晶硅熔絲的優(yōu)勢(shì)在于：如果故障消除就能自動(dòng)恢復(fù)，但也會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)成本。每次跳變的后續(xù)跳變點(diǎn)閾值會(huì)降低，即更容易跳變。因此，錯(cuò)誤跳變的幾率會(huì)隨時(shí)間的推移而增大。

智能熔絲或三端熔絲是可按需熔斷或在過(guò)流時(shí)熔斷的器件。這種保險(xiǎn)絲成本通常比上述保險(xiǎn)絲高，需要電源電壓保持在一定的高度，才能熔斷保險(xiǎn)絲。否則在故障情況下，所有元件都會(huì)很熱，而且可能無(wú)法安全關(guān)斷。

上述所有4種解決方案都存在可能導(dǎo)致錯(cuò)誤跳變的兩大問(wèn)題。首先，它們都無(wú)法限制上電時(shí)或限電后進(jìn)入系統(tǒng)的浪涌電流；其次，由于需要額定值調(diào)低，它們可能會(huì)在系統(tǒng)故障情況下允許大量電流通過(guò)，導(dǎo)致故障電路系統(tǒng)過(guò)熱，造成更嚴(yán)重故障。例如，5A額定值的12V系統(tǒng)可能會(huì)試圖使用10A或更高電流額定值的保險(xiǎn)絲。如果良好功率電源發(fā)生短路，故障電路可能就會(huì)出現(xiàn)高達(dá)120W的功率。浪涌管理

大多數(shù)錯(cuò)誤跳變都是浪涌電流造成的。最大限度減少浪涌電流的低成本方法可能是采用P通道FET和兩個(gè)電阻器及電容器實(shí)施(圖1)。

當(dāng)然，這種電路在輸入電壓出現(xiàn)那一刻就已經(jīng)開(kāi)始接觸了，因此通常要在檢測(cè)到功率良好信號(hào)之前保持電路斷開(kāi)。圖2顯示了采用視窗比較器的可行實(shí)施方案，其可確保12VAC適配器電壓處于10.8V至13.2V之間。只要TPS3700等寬泛電源電壓視窗比較器發(fā)現(xiàn)適配器在有效電壓視窗中，就可啟用通過(guò)Q1的電源路徑。

圖2.采用TPS3700作為AC適配器檢測(cè)器

上述方法可能對(duì)某些設(shè)計(jì)方案可行，但也存在一些內(nèi)在問(wèn)題：

1. 根據(jù)負(fù)載電容的大小，兩種方法可能都會(huì)影響FET的安全工作區(qū)(SOA);

2. 一旦啟用，就無(wú)法限制進(jìn)入負(fù)載的電流;

3. 如果負(fù)載短路，F(xiàn)ET可能會(huì)在啟動(dòng)時(shí)發(fā)生故障，這可能在保險(xiǎn)絲之前出現(xiàn)，最好使用額定功率消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于應(yīng)用所需的FET來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，而這又會(huì)導(dǎo)致解決方案成本上升。

在系統(tǒng)啟動(dòng)或系統(tǒng)級(jí)故障發(fā)生時(shí)，必須有更好的系統(tǒng)保護(hù)方法。