LTC4366浪涌抑制器工作原理詳解

LTC4366浪涌抑制器可保護(hù)負(fù)載免遭高壓瞬變的損壞。通過(guò)控制一個(gè)外部N溝道MOSFET的柵極，LTC4366可在過(guò)壓瞬變過(guò)程中調(diào)節(jié)輸出。在MOSFET兩端承載過(guò)壓的情況下，負(fù)載可以保持運(yùn)作狀態(tài)。在返回線路中布設(shè)一個(gè)電阻器可隔離LTC4366，并允許其隨電源向上浮動(dòng)；因此，輸出電壓的上限僅取決于高值電阻器的可用性和MOSFET的額定規(guī)格。

一個(gè)可調(diào)的過(guò)壓定時(shí)器能在浪涌期間避免損壞MOSFET，而一個(gè)附加的9s定時(shí)器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機(jī)引腳負(fù)責(zé)在停機(jī)期間將靜態(tài)電流減小至14A以下。在 一個(gè)故障發(fā)生之后，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執(zhí)行自動(dòng)重試操作。

LTC4366引腳圖

引腳功能：

BASE：用于外部PNP并聯(lián)穩(wěn)壓器的基極驅(qū)動(dòng)器輸出。該引腳連接至一個(gè)內(nèi)部6.2V齊納二極管(其負(fù)極接至OUT引腳) 的正極。在期望較低的靜態(tài)電流但禁止使用一個(gè)較大的V_SS電阻器時(shí)，將一個(gè)外部PNP的基極連接至該引腳 (此PNP 的集電極接地，而發(fā)射極則連接至 V_SS)。不用時(shí) 把該引腳連接至 V_SS。裸露焊盤(pán)：裸露襯墊可以置于開(kāi)路狀態(tài)或連接至 V_SS。

FB：過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器反饋輸入。把該引腳連接至一個(gè)位于OUT和地之間的外部阻性分壓器。過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器負(fù)責(zé)控 制外部N溝道MOSFET的柵極，以把FB引腳電壓調(diào)節(jié)在OUT以下1.23V。在發(fā)生快速過(guò)壓的情況下，過(guò)壓放大器將啟動(dòng) GATE引腳上的一個(gè)200mA下拉電流源。

GATE：用于外部N溝道MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)。在啟動(dòng)期間，一個(gè)內(nèi)部7.5 A電流源從V_DD引腳對(duì)外部N溝道MOSFET的柵極充電。當(dāng)OUT電壓高出V_SS 達(dá)4.75V時(shí)，充電泵將完成GATE的充電(比OUT高12V的電壓)。在發(fā)生快速過(guò)壓的情況下，先啟動(dòng)一個(gè)位于GATE和OUT之間的200mA下拉電流源，然后由過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器來(lái)調(diào)節(jié)GATE引腳電壓。

O U T ：充電泵和過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器電源電壓。用于從MOSFET源極供電的浮動(dòng)電路之電源輸入。當(dāng)OUT電壓高于 4.75V (UVLO2) 時(shí)，充電泵將接通并從該引腳吸取功率。當(dāng)OUT超過(guò)2.55V(UVLO1)時(shí)，它被用作過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器的一個(gè)電源和基準(zhǔn)輸入。此引腳被箝位于5.7V并 需要一個(gè)0.22 F或更大的電容器以旁路至V_SS引腳。

SD：停機(jī)比較器輸入。不用時(shí)將此引腳連接至 V_DD。把該 引腳連接至一個(gè)受限的下拉電流 (此電流通過(guò)增設(shè)一個(gè) 與晶體管漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路相串聯(lián)的電阻器產(chǎn)生)。 啟動(dòng)外部下拉電流源將抽走內(nèi)部 1.6 A 上拉電流源，可以 使SD引腳電壓越過(guò)停機(jī)門限。該門限被定義為 V_DD – 1.5V，且具有一個(gè) 280mV 遲滯。為避免誤觸發(fā)，該引腳 必須持續(xù)處于上述門限以下達(dá)700 s以啟動(dòng)停機(jī)狀態(tài)。停機(jī)狀態(tài)可把總靜態(tài)電流 (I_VDD + I_OUT) 減小至20A 以下。 該靜態(tài)電流不包括 V_DD、OUT 和BASE穩(wěn)壓器中的分路電流。在LTC4366發(fā)生故障之后，器件置于停機(jī)模式并將清除故障和允許恢復(fù)工作。在9s的冷卻周期中清除故障將可縮短LTC4366-2(自動(dòng)重試)版本的冷卻時(shí)間。

TIMER：定時(shí)器輸入。將該引腳置于開(kāi)路，過(guò)壓調(diào)節(jié)時(shí)間1s，然后故障關(guān)斷。在該引腳和V_SS之間連接一個(gè)電容器，以設(shè)定一個(gè)用于在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)之前進(jìn)行過(guò)壓調(diào)節(jié)時(shí)間278ms/F。LTC4366-2版本固化一個(gè)9s的冷卻周期并后重新起動(dòng)。

V_DD：啟動(dòng)電源。用于7.5 A啟動(dòng)電流源(它負(fù)責(zé)給外部N溝道MOSFET的柵極充電)的電源輸入。該引腳還用于為在外部MOSFET關(guān)斷時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)的定時(shí)器和邏輯電路供電。此引腳被箝位在V_SS+12V。不要使用一個(gè)電容器對(duì)該引腳進(jìn)行旁路。

V_SS：器件回線和襯底。TIMER和OUT引腳上的電容器應(yīng)回接至該引腳。

簡(jiǎn)化示意圖

工作原理

簡(jiǎn)化示意圖描繪了三種操作狀態(tài)：起動(dòng)、運(yùn)行和調(diào)節(jié)模式。先前的浪涌抑制器件由輸入電源供電，因此所能承受 的浪涌電壓被限制為器件輸入引腳的擊穿電壓。如運(yùn)行模 式和調(diào)節(jié)模式所示，該器件的大部分電路都由輸出供電， 于是MOSFET將浪涌與器件的電源引腳隔離開(kāi)來(lái)。這允許用于浪涌電壓高至外MOSFET的擊穿電壓。在起動(dòng)模式中，一個(gè)15A涓流電流流過(guò)R_IN，其中一半的電流用于給柵極充電，而另一半電流則用作偏置電流。當(dāng)GATE引腳充電時(shí)，外部MOSFET導(dǎo)通從而上拉OUT引腳電壓。這將導(dǎo)致器件進(jìn)入運(yùn)行模式，此時(shí)輸出電壓之高足以成為充電泵的電源電壓。充電泵隨后用于對(duì)柵極進(jìn)行充分的充電 (達(dá)到高于源極電壓達(dá)12V)。由于輸出電壓等于輸入電壓，因此有必要保護(hù)負(fù)載免遭輸入電源過(guò)壓的損壞。在調(diào)節(jié)模式中，使用一個(gè)1.23V 基準(zhǔn)作為過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器參考。如果上方反饋電阻器 R_FB1兩端的電壓降超過(guò)1.23V，則調(diào)節(jié)放大器將拉低柵極電壓以把 R_FB1電壓回調(diào)至1.23V。因此，輸出電壓的箝位通過(guò)設(shè)定R_FB1和R_FB2之間的適當(dāng)比值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

例如：倘若輸出電壓被調(diào)節(jié)在100V，則R_FB2兩端的電壓降為98.77V。假如齊納二極管Z3為5.7V，那么R_SS兩端的電壓降為94.3V。因此，當(dāng)輸出位于一個(gè)高電壓時(shí)，大部分的電壓將降落在兩個(gè)電阻器R_FB2和R_SS的兩 端。這說(shuō)明了 LTC4366的輸出電壓是怎樣隨電源向上浮動(dòng)的?？烧{(diào)型三端穩(wěn)壓器 (例如：LT1085和LM117) 也基于這種設(shè)計(jì)思想。功能示意圖描繪了實(shí)際的電路。V_DD引腳上的一個(gè)外部R_IN電阻器用于給12V并聯(lián)穩(wěn)壓器加電，該穩(wěn)壓器隨后使 邏輯電源V_CC上電。在確認(rèn)處于開(kāi)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)之后，從V_DD以一個(gè)7.5 A電流來(lái)給GATE引腳充電。這是起動(dòng)模式。當(dāng)OUT至V_SS電壓超過(guò)2.55V UVLO1門限時(shí)，啟用過(guò)壓放大器。接著，4.75V UVLO2門限被越過(guò)，充電泵接通。充電泵以 20 A 的電流將 GATE 引腳充電至其終值，即高于OUT電壓達(dá)12V(由 Z4 對(duì)其實(shí)施箝位)。這使得 能夠?qū)ξ挥?OUT 和 V_SS 之間的電容器進(jìn)行充電，直到被 Z3 箝位至 5.7V 為止。在此運(yùn)行模式中，MOSFET被配置為一個(gè)低電阻傳輸晶體管，而且MOSFET中的電壓降和功率耗散極少。

此時(shí)，上電后的LTC4366做好了保護(hù)負(fù)載免遭過(guò)壓瞬變 損壞的準(zhǔn)備。過(guò)壓調(diào)節(jié)放大器通過(guò)檢測(cè)FB引腳相對(duì)于OUT 引腳的電壓 (R_FB1兩端的壓降) 來(lái)監(jiān)視OUT和地之間的負(fù)載電壓。在過(guò)壓情況下，OUT引腳電壓上升，直到放大器驅(qū)動(dòng)M1柵極以調(diào)節(jié)和限制輸出電壓為止。這是調(diào)節(jié)模式。

在調(diào)節(jié)期間，剩余的電壓降落在MOSFET的兩端。為防止MOSFET發(fā)生過(guò)熱，LTC4366采用TIMER引腳來(lái)限制過(guò)壓調(diào)節(jié)時(shí)間。TIMER引腳以9A的電流充電，直到該引腳的電壓超過(guò)2.8V為止。在該點(diǎn)上設(shè)定一個(gè)過(guò)壓故障，MOSFET被關(guān)斷，而且器件進(jìn)入一個(gè)9秒的冷卻周期。邏輯和定時(shí)器模塊在冷卻周期中處于運(yùn)行狀態(tài)，而GATE引腳電壓則被拉至OUT。

在SD引腳變換至低電平并隨后變換至高電平之前，該器 件的鎖斷版本 LTC4366-1 將處于故障模式。當(dāng)故障模式 被清除時(shí)，允許GATE重新接通MOSFET。自動(dòng)重試版本LTC4366-2則在等待9秒之后清除故障模式并重新起動(dòng)。

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