LTC4366高壓浪涌抑制器應(yīng)用深入講解（獨(dú)家收錄）

外部PNP

在某些場(chǎng)合中，功率電阻器R_SS的體積可能很龐大。可以用大阻值(具較低功率和尺寸)的R_SS與一個(gè)PNP配合起來使用，如圖4所示。除了由BASE引腳供應(yīng)的0.8A電流之外，來自PNP的基極電流也必須流過R_SS，這將限制最大R_SS值。在有些場(chǎng)合，最小PNPβ低至35。當(dāng)V_SS電流為350A時(shí)，基極電流變?yōu)?0A。可見，與未采用PNP的應(yīng)用電路相比，這將允許使用一個(gè)大35(β)倍的R_SS。

最小電源電壓?jiǎn)?dòng)

當(dāng)針對(duì)最小電源電壓條件，行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選擇合適的R_SS和R_IN以提供足夠的電流，從而足以把C1充電至4.75V，這一點(diǎn)是很重要的。決定最小電源電壓的參數(shù)包括：C1電壓、MOSFET門限電壓、一個(gè)串聯(lián)肖特基二極管電壓降、R_SS和R_IN的電阻、V_DD引腳中的電流，最后還有來自V_SS引腳的電流(見圖5)。

^VIN(MIN)^=(IVDD^•RIN^)+VD^+VTH^+VC1^+(IVSS^•RSS⁾

以上參數(shù)使用“電特性”表獲得：

V_C1=V_UVLO2=4.75V(UVLO2門限)

I_VDD=I_VDD(STHI)=9A(I_VDD啟動(dòng)，柵極為高電平)I_VSS=I_VSS(AMP)=45A(采用調(diào)節(jié)放大器時(shí)的I_VSS)

V_D=0.58V

V_IN(MIN)=(9A•R_IN)+0.58V+V_TH+4.75V+(45A•R_SS)

當(dāng)MOSFET柵極為高時(shí)，OUT引腳電壓等于電源電壓。這對(duì)最小電源電壓施加了另一個(gè)限制條件，因?yàn)槌潆姳冒裋_SS電流增加至160A。C1電壓假定被箝位在5.7V。這些數(shù)值在“電特性”表中被規(guī)定為V_Z(OUT)和I_VSS(CP)(充電泵接通)：

^VIN(MIN)^=VZ(OUT)^+(IVSS(CP)^•RSS⁾ 或

最后一個(gè)V_IN(MIN)公式設(shè)定了R_SS的最大值。在選擇R_SS之后，R_IN的最大值(針對(duì)該特定的R_SS)利用第一個(gè)

V_IN(MIN)公式來計(jì)算：

這兩個(gè)公式實(shí)現(xiàn)了R_SS和R_IN阻值的最大化(因而減少了功耗)，同時(shí)仍然提供了接通充電泵所必需的V_C1電壓。把電源電壓增加至超過最小電源電壓將增加R_SS中的電流和功率，并縮短C1充電所需的時(shí)間。至于那些有可能需要一個(gè)更小R_SS(MAX)的情形，將在“最大電源電壓?jiǎn)?dòng)”部分進(jìn)行討論。

最大電源電壓起動(dòng)

在啟動(dòng)期間，還有可能存在最大過壓電源。過壓保護(hù)電路必須在高電壓被傳送至負(fù)載之前喚醒。GATE引腳電壓在C1充電的過程中動(dòng)態(tài)地斜坡上升。電容器C1必須充電至2.55VUVLO1門限，以在OUT引腳電壓超過過壓調(diào)節(jié)點(diǎn)V_REG之前接通調(diào)節(jié)放大器和基準(zhǔn)。此類情況有可能把R_SS的阻值減小至上述“最小電源電壓?jiǎn)?dòng)”中所規(guī)定的最大值以下。R_SS中的電流超過了由V_SS引腳所供應(yīng)的電流(本質(zhì)上I_RIN)時(shí)，電容器C1開始充電。I_RIN=I_RSS時(shí)V_SS引腳上的電壓現(xiàn)在被標(biāo)記為V_SS(MATCH)。V_SS引腳電壓是一個(gè)位于R_IN和R_SS之間分壓器的中點(diǎn)電壓(在把V_DD至V_SS的齊納箝位電壓從電源電壓減去之后)。

當(dāng)V_IN增加時(shí)，V_SS(MATCH)電壓增加。如果匹配電壓超過了過壓調(diào)節(jié)點(diǎn)(V_REG)，則負(fù)載不受保護(hù)。情況的確如此，因?yàn)镃1在V_SS已經(jīng)超過V_REG時(shí)仍將需要充電至2.55V。由于OUT引腳電壓至少比V_SS高2.55V，因此它超過了規(guī)定的最大值。應(yīng)選擇充分低于V_REG(至少要低2.55V)的匹配點(diǎn)(在電源電壓處于最大值的情況下)，從而允許C1及時(shí)充電以保護(hù)負(fù)載免遭過壓的損壞。實(shí)際上，使V_SS引腳電壓比V_REG低7V可為C1的充電提供所需的裕量。

VSS(MATCH)(MAX) = VREG–7V

增加R_SS將提高匹配點(diǎn)，因此確定最大R_SS同時(shí)仍然提供針對(duì)過壓的保護(hù)是有益的。采用I_RIN=I_RSS：

采用：
RSS = VSS(MATCH)(MAX) = VREG – 7V
RIN = VIN – VZ(VDD) – VRSS

代入：

如果我們保證R_SSR_SS(MAX)，則下式成立：
VSS(MATCH) VSS(MATCH)(MAX)

C1負(fù)責(zé)對(duì)充電泵進(jìn)行旁路，且數(shù)值至少必需為0.22F。C1的尺寸也需要加以限制。柵極電容器(C_G)決定了最大輸出電容器C1_(MAX)，以將在OUT電壓超過過壓門限之前充電至2.55VUVLO1門限(V_UVLO1)。

在大多數(shù)場(chǎng)合中：

C1_(MAX)=10•C_G至100•C_G

GATE電容器，C_G

柵極電容器用于實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)功能。第一：C_G負(fù)責(zé)吸收過壓瞬變期間來自MOSFET柵極至漏極電容的電荷。第二：該電容器還充當(dāng)過壓調(diào)節(jié)放大器的一個(gè)補(bǔ)償組件。用于保證穩(wěn)定性的C_G最小值為2nF。最后，C_G可設(shè)定GATE和OUT引腳的電壓變化速率。GATE引腳電壓的上升斜率等于20A/C_G。該斜率決定了流入負(fù)載電容器的充電電流。

C_G的額定電壓必須大于調(diào)節(jié)電壓(V_REG)。

MOSFET的選擇

LTC4366驅(qū)動(dòng)一個(gè)N溝道MOSFET以傳導(dǎo)負(fù)載電流。MOSFET的重要特性是接通電阻R_DS(ON)、最大漏-源極電壓V_(BR)DSS、門限電壓和SOA。可容許的最大漏-源極電壓必須高于電源電壓。如果輸出短路到地或者在過壓過程之中，則整個(gè)的電源電壓將出現(xiàn)在MOSFET的兩端。

MOSFET的門限電壓在最小電源電壓?jiǎn)?dòng)計(jì)算中使用。對(duì)于采用低于12V電源的應(yīng)用，需要一個(gè)邏輯電平MOSFET。如果所用的電源高于12V，則使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)門限N溝道MOSFET就足夠了。

MOSFET的SOA必須包含所有的故障狀況。在正常操作中，傳輸晶體管完全導(dǎo)通，因而耗散極少的功率。但在過壓故障期間，GATE引腳電平被維持以通過MOSFET調(diào)節(jié)輸出電壓。大電流與MOSFET兩端的高壓降在這些場(chǎng)合中可以共存。必須將MOSFET的SOA曲線與故障定時(shí)器電容器的選擇一道加以審慎的考慮。

布局考慮

由于SD、V_DD和GATE引腳上具有高阻抗，因此這些引腳對(duì)于至地漏電流很敏感。例如：SD引腳上的至地漏電流若大于1.6A，則將啟動(dòng)停機(jī)狀態(tài)。提供遠(yuǎn)離接地走線的足夠間距并在裸露引腳上添加敷形涂層材料可降低漏電流中斷系統(tǒng)操作的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)把旁路電容器C1布設(shè)在盡可能靠近OUT和V_SS引腳的地方，這一點(diǎn)很重要。將10?電阻器安放在盡可能靠近MOSFET柵極引腳之處。這將減少導(dǎo)致MOSFET自激振蕩的寄生走線電容。

FB引腳在調(diào)節(jié)環(huán)路閉合時(shí)對(duì)寄生電容很敏感。這種電容性負(fù)載引起的后果之一是在過壓調(diào)節(jié)期間產(chǎn)生輸出振蕩。建議將電阻器R_FB1和R_FB2布設(shè)在靠近器件引腳的地方，并最大限度地減小FB走線本身的尺寸。

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