用有源高壓瞬態(tài)保護(hù)器替代傳統(tǒng)的汽車(chē)電子無(wú)源保護(hù)器件

圖8. MAX16013和MAX16014可提供有源瞬態(tài)保護(hù)功能，直接監(jiān)測(cè)電源電壓，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，通過(guò)控制兩個(gè)外部p溝道FET開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)負(fù)載與故障電源。

發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)ET P2有兩種不同模式。第一種模式下，P2僅僅相當(dāng)于一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，在過(guò)壓條件下斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，從而避免高壓對(duì)下游器件的破壞。第二種模式下，P2相當(dāng)于可調(diào)節(jié)的瞬態(tài)抑制器，將輸出電壓鉗制在所允許的最大過(guò)壓點(diǎn)。

當(dāng)輸出電壓上升到可調(diào)節(jié)的過(guò)壓門(mén)限以上時(shí)，內(nèi)部比較器將GATE2上拉至VCC。監(jiān)測(cè)電壓降低到過(guò)壓門(mén)限以下時(shí)，p溝道MOSFET (P2)重新導(dǎo)通。這種處理方式能夠使電壓穩(wěn)定在輸出穩(wěn)壓值的5%以?xún)?nèi)。出現(xiàn)瞬態(tài)過(guò)壓時(shí)能夠保證輸出穩(wěn)定，MOSFET (P2)在過(guò)壓條件下保持導(dǎo)通，工作在開(kāi)關(guān)-線(xiàn)性穩(wěn)壓模式，從而在提供過(guò)壓保護(hù)的同時(shí)維持系統(tǒng)繼續(xù)工作。

將SET引腳的分壓電阻連接到輸入或輸出，可以選擇相應(yīng)的工作模式。例如，把分壓電阻接VCC (而不是負(fù)載)，MAX16013被配置成過(guò)壓關(guān)斷器件。MAX16014將保持MOSFET (P2)閉鎖，直到輸入電源重新上電或重新觸發(fā)EN使能。如果MAX16013長(zhǎng)時(shí)間工作在限壓模式，外部MOSFET的壓降會(huì)增大功耗。

圖8中的電池反接保護(hù)FET (P1，可選)取代了圖6中的串聯(lián)二極管。圖8中，正偏時(shí)P1導(dǎo)通，可以保持極低的正向壓降，出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)關(guān)斷。關(guān)閉P2可斷開(kāi)輸入與輸出的連接(圖8和圖9)，EN引腳提供相應(yīng)的關(guān)斷控制(需要注意的是EN引腳的控制信號(hào)由主系統(tǒng)的其它監(jiān)控電路產(chǎn)生)。因此，當(dāng)電路處于電池反接保護(hù)狀態(tài)時(shí)(P1)，下游電路的靜態(tài)電流可降至最小(典型值 20μA)。

有源高壓瞬態(tài)保護(hù)器相對(duì)于傳統(tǒng)保護(hù)方案的優(yōu)勢(shì)

有源過(guò)壓保護(hù)器具備以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

如上所述，分立瞬態(tài)抑制器(TVS管或可變電阻)的擊穿電壓需要高于汽車(chē)的最高穩(wěn)態(tài)工作電壓(通常26V左右)。發(fā)生拋負(fù)載時(shí)，由于TVS管的內(nèi)阻以及電流隨電壓劇增的VI特性曲線(xiàn)，下游電路會(huì)在瞬間承受極高電壓(大約45V)，從而提高了對(duì)下游器件額定電壓的要求。與傳統(tǒng)方案不同，有源瞬態(tài)保護(hù)器可將輸出電壓鉗位到分壓電阻設(shè)置的電平(例如26V)，也不存在電流隨電壓劇增問(wèn)題。這些特性允許用戶(hù)使用低成本(低電壓)的下游元器件。

該方案不同于普通的浪涌抑制器，傳統(tǒng)方案在發(fā)生過(guò)熱之前較短的時(shí)間內(nèi)只能處理幾個(gè)焦耳的能量，而基于MAX16013/MAX16014的方案能夠在發(fā)生直流過(guò)壓時(shí)保護(hù)器件。有些應(yīng)用要求工作在標(biāo)稱(chēng)電壓的上限，一旦超過(guò)上限電壓則斷開(kāi)與電源的連接(以音頻系統(tǒng)為例，其工作電壓上限通常為17V)。這種情況下使用有源保護(hù)器件，合理設(shè)置電壓限制器/開(kāi)關(guān)的門(mén)限可以進(jìn)一步降低下游元器件的成本。

用FET取代電池反接二極管，可以將正向?qū)妷航档偷胶练?jí)水平。特別是在大電流應(yīng)用中，這一舉措可以有效降低功耗，進(jìn)而降低散熱的設(shè)計(jì)難度和成本。原來(lái)二極管消耗的功率(電壓)可以供給負(fù)載(如，揚(yáng)聲器)，而非消耗在二極管上，從而提高輸出功率(系統(tǒng)性能)。有些應(yīng)用要求工作在較低的電池電壓(如，汽車(chē)?yán)鋯?dòng)時(shí))，同時(shí)還要求提供電池反接保護(hù)。采用有源保護(hù)器件可以使壓差降至最小，確保電路工作在較低的輸入電壓下。

可變電阻器往往表現(xiàn)出相對(duì)較高的靜態(tài)電流和漏電流，受脈沖電壓沖擊時(shí)會(huì)顯著影響其使用壽命和精度。用有源保護(hù)器件取代可變電阻可以解決這一問(wèn)題。由于某些應(yīng)用中可變電阻直接連接到電池上，漏電流較大。這時(shí)，可以利用有源保護(hù)器件作為主開(kāi)關(guān)，在休眠模式下斷開(kāi)(通過(guò)P2 FET)所有后續(xù)負(fù)載(圖9)。


圖9. MAX16013/MAX16014用作主開(kāi)關(guān)控制，在ECU關(guān)閉時(shí)有助于降低靜態(tài)電流損耗。

總結(jié)

有源過(guò)壓保護(hù)器在許多應(yīng)用中占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，這些器件能夠大大降低系統(tǒng)功耗、提高輸出功率(改善系統(tǒng)性能)、降低系統(tǒng)的工作電壓(冷啟動(dòng))，并具有較低的靜態(tài)電流，降低了對(duì)后續(xù)被保護(hù)電路的額定電壓要求。