【導(dǎo)讀】總線電壓浪涌不僅對 DC/DC 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成危險(xiǎn)，也對負(fù)載帶來威脅。傳統(tǒng)的過壓保護(hù)方案采用熔絲，其動作速度和可靠性均未必足以保護(hù)。一種較好的解決方案是可準(zhǔn)確和快速地檢測過壓情況，隨后通過迅速斷接輸入電源并利用一條低阻抗通路釋放負(fù)載上的過電壓來做出響應(yīng)。下面為大家介紹這么一種負(fù)載電路保護(hù)的解決方案。
總線電壓浪涌不僅對 DC/DC 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成危險(xiǎn)，也對負(fù)載帶來威脅。傳統(tǒng)的過壓保護(hù)方案采用熔絲，其動作速度和可靠性均未必足以保護(hù)。諸如FPGA、ASIC 和微處理器等負(fù)載。一種較好的解決方案是可準(zhǔn)確和快速地檢測過壓情況，隨后通過迅速斷接輸入電源并利用一條低阻抗通路釋放負(fù)載上的過電壓來做出響應(yīng)。借助 LTM4641 中的保護(hù)功就可做到這一點(diǎn)。
電源和保護(hù) Protection
LTM4641 是一款 4.5V 至 38V 輸入、0.6V 至 6V 輸出、10A 降壓型μModule® 穩(wěn)壓器，其具有高級輸入和負(fù)載保護(hù)選項(xiàng)，包括：
(A) 輸入保護(hù)
具閉鎖門限的欠壓閉鎖、過壓停機(jī)；
N 溝道過壓電源中斷 MOSFET 驅(qū)動器 ；
能利用少量的外部元件構(gòu)成浪涌抑制器。
(B) 負(fù)載保護(hù)
穩(wěn)健、可復(fù)位的閉鎖過壓保護(hù)。
N 溝道過壓放電功率 MOSFET 驅(qū)動器。
此外，針對下列故障的跳變檢測門限是可定制的：輸入欠壓、過熱、輸入過壓和輸出過壓。特定的故障情況發(fā)生時可設(shè)定為閉鎖或遲滯重啟響應(yīng) ——或者停用。
輸出過壓和負(fù)載保護(hù)
電源和半導(dǎo)體控制 IC 行業(yè)中的常用輸出過壓保護(hù)方案是接通同步 (底端) MOSFET。這種方法可在嚴(yán)重的負(fù)載電流下降過程中提供某些過壓保護(hù)，但在避免負(fù)載遭受諸如高壓側(cè)功率開關(guān) MOSFET 短路等真實(shí)的故障情況則并不是非常有效。如圖 1 所示，當(dāng)把一個輸出放電 MOSFET (MCB) 和一個輸入串聯(lián) MOSFET (MSP) 配合起來使用時，LTM4641 可提供同類最佳的輸出過壓保護(hù)。
圖 1：具輸入斷接和快速放電輸出過壓保護(hù)功能的 LTM4641
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MCB 是一個任選的外部放電器件，其位于 VOUT 上。假如輸出電壓超過了一個可調(diào)門限(默認(rèn)值為高出標(biāo)稱值 11%)，則 LTM4641 立即將其 CROWBAR 輸出邏輯拉至高電平 (響應(yīng)時間的最大值為 500ns) 并閉鎖其輸出電壓：功率級變至高阻抗?fàn)顟B(tài)，而且內(nèi)部頂端和底端 MOSFET 均被閉鎖。CROWBAR 輸出接通 MCB，對輸出電容器進(jìn)行放電并防止輸出電壓發(fā)生任何進(jìn)一步的正向擺動。
MSP 被置于輸入電源 (VIN) 和 LTM4641 的功率級輸入引腳 (VINH) 之間，并被用作一個可復(fù)位的電子式電源中斷開關(guān)。當(dāng) LTM4641 的內(nèi)部電路檢測到某種故障狀況，例如一個輸出過壓(OOV) 情況，MSP 的柵極在 2.6μs (最大值) 內(nèi)放電，而 MSP 關(guān)斷。于是輸入電源與 LTM4641 的功率級輸入 (VINH) 斷接，從而可阻止有害的 (輸入) 電壓到達(dá)昂貴的負(fù)載上。另外，LTM4641 還采用一個獨(dú)立的基準(zhǔn)電壓以產(chǎn)生一個 OOV 門限 (與控制 IC 的帶隙電壓分開)。
圖 1 示出了當(dāng)頂端 MOSFET MTOP 發(fā)生故障 (因而在 VIN 和 SW 節(jié)點(diǎn)之間引起短路) 時的 CROWBAR 和 VOUT 波形。CROWBAR 在 500ns 內(nèi)變至高電平，并接通 MCB 以將輸出短路至地。VOUT 不可以超過規(guī)定輸出電壓的 110%。
輸入過壓和欠壓保護(hù)
LTM4641 具有輸入欠壓和過壓保護(hù)功能，其跳變門限可由用戶設(shè)定。請參閱圖 2。
圖 2：用于設(shè)定輸入 UVLO、IOVRETRY 和 OVLO 門限的電路
UVLO 引腳直接將信號饋入一個比較器的反相輸入端，其跳變門限為 0.5V。當(dāng) UVLO 引腳電壓降至低于 0.5V 時，開關(guān)動作被禁止；當(dāng) UVLO 引腳電壓超過 0.5V 時，可恢復(fù)執(zhí)行開關(guān)動作。IOVRETRY 和 OVLO 引腳各自直接將信號饋入跳變門限為 0.5V 之比較器的同相輸入端。當(dāng) IOVRETRY 引腳電壓超過 0.5V 時，開關(guān)動作被禁止；當(dāng) IOVRETRY 引腳電壓降至 0.5V 以下時，開關(guān)動作可恢復(fù)。當(dāng) OVLO 引腳電壓超過 0.5V 時，開關(guān)動作被禁止；而當(dāng) OVLO 引腳電壓隨后降至低于 0.5V 時，開關(guān)動作則要到鎖存器被復(fù)位之后才能恢復(fù)。這三個引腳為定制 LTM4641 的運(yùn)行方式提供了附加的靈活性。
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效率
圖 3 示出了當(dāng)采用 12V 的典型輸入電壓時 LTM4641 的效率曲線 (針對圖 1 所示的電路)。盡管內(nèi)置了所有這些保護(hù)電路，LTM4641 仍能實(shí)現(xiàn)高效率。
結(jié)論
LTM4641 μModule 穩(wěn)壓器可監(jiān)察輸入電壓、輸出電壓和溫度狀況。該器件能夠提供全面的電氣和熱保護(hù)功能，從而避免處理器、ASIC 和高端 FPGA 等負(fù)載遭受過大電壓應(yīng)力而受損。
