关于汽车欠压、过压及电源反向保护电路的介绍

 假如有人将 24V 电源连接到您的 12V 电路上,将发生什么?

 
倘若电源线和接地线因疏忽而反接,电路还能安然无恙吗?
 
您的应用电路是否工作于那种输入电源会瞬变至非常高压或甚至低于地电位的严酷环境中?
 
即使以上类事件的发生概率很低,但只要出现任何一种就将彻底损坏电路板。
 
为了隔离负电源电压,我们惯常的做法是布设一个与电源相串联的功率二极管或 P 沟道 MOSFET。然而——
 
● 二极管既占用宝贵的板级空间,又会在高负载电流下消耗大量的功率;
 
● P 沟道 MOSFET 的功耗虽然低于串联二极管,但 MOSFET 以及所需的驱动电路将导致成本增加。
 
这两种解决方案均牺牲了低电源操作性能,尤其是串联二极管。而且,两种方法都没有提供针对过高电压的保护——这种保护需要更多的电路,包括一个高电压窗口比较器和充电泵。
 
欠压、过压和电源反向保护
 
对所有的电器设备而言,都有一个额定电压,但在实际中,不能完全保证在额定电压下工作,是在额定电压附近的一个范围,一般要求在±15%。为了保护电器设备和工艺质量,如果高于+15%这个电压,就是"过压",保护动作切断电源。如果只给设备提供低于额定电压值的电压则是“欠压”,是为了达到某种调控目的。
 
LTC4365 是一款独特的解决方案,可精巧和稳健地保护敏感电路免遭意料之外的高电源电压或负电源电压。LTC4365 能隔离高达 60V 的正电压和低至 –40V 的负电压。只有处于安全工作电源范围之内的电压被传送至负载。仅需的外部有源组件是一个连接在不可预知的电源与敏感负载之间的双路 N 沟道 MOSFET。
 
图 1 示出了一款完整的应用电路。一个阻性分压器负责设定用于负载与 VIN 连接 / 断接的过压(OV)和欠压 (UV) 跳变点。如果输入电源漂移至该电压窗口之外,则 LTC4365 将迅速把负载与电源断接。
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图 1:完整的 12V 汽车欠压、过压及电源反向保护电路
双路 N 沟道 MOSFET 负责在 VIN上隔离正电压和负电压。在标准运作期间,LTC4365 为外部 MOSFET 的 栅极提供了增强的 8.4V。LTC4365 的有效工作范围从低至 2.5V 到高达 34V —— OV和UV窗口可介于此范围之内。对于大多数应用来说,无需在  VIN  上设置保护性箝位电路,从而进一步简化电路板设计。
 
准确和快速的过压及欠压保护
 
LTC4365 中两个准确 (±1.5%) 的比较器用于监视  VIN 上的过压 (OV) 和欠压 (UV) 状况。如果输入电压分别升至 OV 门限以上或降至 UV 门限以下,则外部 MOSFET 的栅极将快速关断。外部阻性分压器允许用户选择一个与 VOUT 上的负载相兼容的输入电源范围。此外,UV 和 OV 输入还具有非常低的漏电流 (在 100°C 时通常 <1nA),因而可在外部阻性分压器中提供大的电流值。
 
图 2 示出了图 1 电路中的  VIN  从 –30V 缓慢斜坡上升 至 30V 时做出的反应。UV 和 OV 门限被分别设定为 3.5V 和 18V。当电源电压位于 3.5V 至 18V 窗口之内 时, VOUT  跟随  VIN 。若超出该窗口时,LTC4365 将 关断 N 沟道 MOSFET,并使 VOUT  与  VIN  断接,即使 在 VIN 为负值的情况下也不例外。
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图 2:当  VIN  从 –30V上升至 30V 时的负载保护
新颖的电源反向保护
 
LTC4365 运用了一种新颖的负电源保护电路。当 LTC4365 在  VIN  上检测到负电压,它迅速将 GATE 引 脚连接至  VIN。在 GATE 与  VIN  电压之间没有二极管压降。当外部 N 沟道 MOSFET 的栅极处于最负电位 ( VIN )时,从 VOUT 至  VIN 上负电压的漏电流极小。
 
图 3 示出了当  VIN  带电插入至 –20V 时出现的状况。 在连接的前一刻, VIN 、VOUT  和 GATE 以地电位为起始点。由于  VIN  和 GATE 连接线的寄生电感之原 因, VIN  和 GATE 引脚上的电压将显著地变至 –20V以下。外部 MOSFET 必须具有一个可安全承受该过冲的击穿电压指标。
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