引言
假如有人將24V電源連接到您的12V電路上，將發生什么? 倘若電源線和接地線因疏忽而反接，電路還能安然無恙嗎? 您的應用電路是否工作于那種輸入電源會瞬變至非常高壓或甚至低于地電位的嚴酷環境中?即使此類事件的發生概率很低，但只要出現任何一種就將徹底損壞電路板。
為了隔離負電源電壓，設計人員慣常的做法是布設一個與電源相串聯的功率二極管或P溝道MOSFET。然而，二極管既占用寶貴的板級空間，又會在高負載電流下消耗大量的功率。P 溝道MOSFET的功耗雖然低于串聯二極管，但MOSFET以及所需的驅動電路將導致成本增加。這兩種解決方案均犧牲了低電源操作性能，尤其是串聯二極管。而且，兩種方法都沒有提供針對過高電壓的保護——這種保護需要更多的電路，包括一個高電壓窗口比較器和充電泵。
欠壓、過壓和電源反向保護
LTC4365是一款獨特的解決方案，可精巧和穩健地保護敏感電路免遭意料之外的高電源電壓或負電源電壓。LTC4365能隔離高達60V的正電壓和低至–40V的負電壓。只有處于安全工作電源范圍之內的電壓被傳送至負載。僅需的外部有源組件是一個連接在不可預知的電源與敏感負載之間的雙路N溝道MOSFET。
圖1示出了一款完整的應用電路。一個阻性分壓器負責設定用于負載與VIN連接/斷接的過壓(OV)和欠壓(UV)跳變點。如果輸入電源漂移至該電壓窗口之外，則LTC4365將迅速把負載與電源斷接。
圖1：完整的12V汽車欠壓、過壓及電源反向保護電路
雙路N溝道MOSFET負責在VIN上隔離正電壓和負電壓。在標準運作期間，LTC4365為外部MOSFET的柵極提供了增強的8.4V。LTC4365的有效工作范圍從低至2.5V到高達34V —— OV和UV窗口可介于此范圍之內。對于大多數應用來說，無需在VIN上設置保護性箝位電路，從而進一步簡化電路板設計。
準確和快速的過壓及欠壓保護
LTC4365中兩個準確 (±1.5%) 的比較器用于監視VIN上的過壓 (OV) 和欠壓 (UV) 狀況。如果輸入電壓分別升至OV門限以上或降至UV門限以下，則外部MOSFET的柵極將快速關斷。外部阻性分壓器允許用戶選擇一個與VOUT上的負載相兼容的輸入電源范圍。此外，UV和OV輸入還具有非常低的漏電流(在100℃時通常 <1nA)，因而可在外部阻性分壓器中提供大的電流值。
圖2示出了圖1電路中的VIN從–30V緩慢斜坡上升至30V時做出的反應。UV和OV門限被分別設定為3.5V和18V。當電源電壓位于3.5V至18V窗口之內時， VOUT跟隨VIN。若超出該窗口時，LTC4365將關斷N溝道MOSFET，并使VOUT與VIN斷接，即使在VIN為負值的情況下也不例外。
圖2：當VIN從–30V上升至30V時的負載保
新穎的電源反向保護
LTC4365運用了一種新穎的負電源保護電路。當LTC4365在VIN上檢測到負電壓，它迅速將GATE引腳連接至VIN。在GATE與VIN電壓之間沒有二極管壓降。當外部N溝道MOSFET的柵極處于最負電位(VIN) 時，從VOUT至VIN上負電壓的漏電流極小。
圖3示出了當VIN帶電插入至–20V時出現的狀況。在連接的前一刻，VIN、VOUT和GATE以地電位為起始點。由于VIN和GATE連接線的寄生電感之原因，VIN和GATE引腳上的電壓將顯著地變至–20V以下。外部 MOSFET 必須具有一個可安全承受該過沖的擊穿電壓指標。
圖3：從VIN至–20V的熱插拔保護
顯然，LTC4365反向保護電路的動作速度取決于GATE引腳在負電壓瞬變期間跟隨VIN的緊密程度。在所示的標度上，兩者的波形幾乎無法區分。請注意，提供反向保護并不需要其他外部電路。
還有更多功能！AC隔離、VOUT通電時的反向VIN熱插拔 (Hot Swap) 控制
在出現OV或UV故障之后 (或當VIN變至負值時)，輸入電源必須返回有效的工作電壓窗口并持續至少36ms以重新接通外部MOSFET。這將有效地隔離50Hz和60Hz的未整流 AC電源。
另外，LTC4365還針對負VIN連接提供了保護作用，即使在VOUT由一個單獨的電源驅動時也是如此。只要不超過外部MOSFET的擊穿電壓 (60V)，那么VIN上的極性反接就不會對VOUT上的20V電源造成影響。
結論
通過采用背對背MOSFET (而并未使用二極管)，LTC4365控制器為敏感電路提供了過壓、欠壓和電源反接的保護作用。電源電壓只有在合格通過可由用戶調節的UV和OV跳變門限時才能傳送至輸出端。任何超出該窗口的電壓都被隔離，保護范圍可高達60V和低至–40V。
LTC4365的新穎架構造就了一款外部組件極少的堅固型小尺寸解決方案，并可提供纖巧型8引腳3mm x2mm DFN和TSOT-23封裝。LTC4365具有一個2.5V至34V的寬工作范圍，停機期間僅消耗10μA。 |
