具有高級(jí)輸入和負(fù)載保護(hù)的10A μModule降壓型穩(wěn)壓器

總線電壓浪涌不僅對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器造成危險(xiǎn)，而且對(duì)負(fù)載也構(gòu)成危險(xiǎn)。涉及保險(xiǎn)絲的傳統(tǒng)過(guò)壓保護(hù)方案不一定足夠快，也不夠可靠，無(wú)法保護(hù)FPGA、ASIC和微處理器等負(fù)載。更好的解決方案是準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)過(guò)壓情況，并通過(guò)快速斷開(kāi)輸入電源，同時(shí)以低阻抗路徑在負(fù)載上釋放過(guò)電壓來(lái)做出響應(yīng)。這可通過(guò) LTM4641 中的保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)。

電源和保護(hù)

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，具有高級(jí)輸入和負(fù)載保護(hù)選項(xiàng)，包括：

（A） 輸入保護(hù)?

欠壓鎖定、帶閉鎖閾值的過(guò)壓關(guān)斷

N 溝道過(guò)壓功率中斷 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

N 溝道過(guò)壓功率中斷 MOSFET

（B） 負(fù)載保護(hù)

堅(jiān)固、可復(fù)位的閉鎖過(guò)壓保護(hù)

N 溝道過(guò)壓撬棍功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

此外，可定制以下故障的跳閘檢測(cè)閾值：輸入欠壓、過(guò)熱、輸入過(guò)壓和輸出過(guò)壓?？梢赃x擇故障條件設(shè)置為閉鎖或遲滯重啟響應(yīng)，也可以禁用。

輸出過(guò)壓和負(fù)載保護(hù)

電源和半導(dǎo)體控制IC行業(yè)常用的輸出過(guò)壓保護(hù)方案是接通同步（底部）MOSFET。這在嚴(yán)重的負(fù)載電流降壓事件中提供了一些過(guò)壓保護(hù)，但在保護(hù)負(fù)載免受真正的故障條件（如短路高壓側(cè)功率開(kāi)關(guān)MOSFET）的影響方面不是很有效。當(dāng)一個(gè)輸出撬棒 MOSFET （MCB） 和一個(gè)輸入串聯(lián) MOSFET （MSP） 一起使用時(shí)，LTM4641 可提供同類(lèi)最佳的輸出過(guò)壓保護(hù)，如圖 1 所示。

圖1.具有輸入斷接和快速撬棍輸出過(guò)壓保護(hù)功能的 LTM4641

MCB 是駐留在 VOUT 上的外部可選撬棍設(shè)備。如果輸出電壓超過(guò)一個(gè)可調(diào)門(mén)限 — 默認(rèn)值比標(biāo)稱(chēng)值高 11% — LTM4641 會(huì)立即將其 CROWBAR 輸出邏輯拉高 （響應(yīng)時(shí)間最大為 500ns） 并鎖斷其輸出電壓：功率級(jí)變?yōu)楦咦杩梗瑑?nèi)部頂部和底部 MOSFET 均被鎖斷。CROWBAR 輸出接通 MCB，對(duì)輸出電容器放電并防止輸出電壓進(jìn)一步出現(xiàn)正偏移。

MSP 位于輸入電源 （VIN） 和 LTM4641 的功率級(jí)輸入引腳 （VINH） 之間，并用作一個(gè)可復(fù)位的電子電源中斷開(kāi)關(guān)。當(dāng) LTM4641 的內(nèi)部電路檢測(cè)到故障情況 （例如輸出過(guò)壓 （OOV） 情況）時(shí)，MSP 的柵極在 2.6μs （最大值） 內(nèi)放電，MSP 關(guān)斷。因此，輸入電源與 LTM4641 的功率級(jí)輸入 （VINH） 斷開(kāi)，從而防止危險(xiǎn) （輸入） 電壓達(dá)到寶貴的負(fù)載。LTM4641 還使用一個(gè)獨(dú)立的基準(zhǔn)電壓來(lái)產(chǎn)生一個(gè) OOV 門(mén)限，該門(mén)限獨(dú)立于控制 IC 的帶隙電壓。

圖1顯示了頂部MOSFET MTOP發(fā)生故障時(shí)CROWBAR和VOUT波形，導(dǎo)致VIN和SW節(jié)點(diǎn)之間短路。撬棍在 500ns 內(nèi)變?yōu)楦唠娖讲⒋蜷_(kāi) MCB 以將輸出短路至地。VOUT 永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)額定輸出電壓的 110%。

輸入過(guò)壓和欠壓保護(hù)

LTM4641 具有輸入欠壓和過(guò)壓保護(hù)功能，其跳變門(mén)限可由用戶(hù)設(shè)置。請(qǐng)參考圖2。

圖2.用于設(shè)置輸入 UVLO、IOVRE 和 OVLO 閾值的電路

UVLO引腳直接饋入跳變門(mén)限為0.5V的比較器的反相輸入。當(dāng)UVLO引腳降至0.5V以下時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作被抑制;當(dāng)UVLO引腳超過(guò)0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作可以恢復(fù)。IOVRETRY 和 OVLO 引腳分別直接饋入跳變門(mén)限為 0.5V 的比較器的同相輸入。當(dāng)IOVretry引腳超過(guò)0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作被禁止;當(dāng)IOVretry降至0.5V以下時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作可以恢復(fù)。當(dāng)OVLO引腳超過(guò)0.5V時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作被禁止;當(dāng)OVLO隨后降至0.5V以下時(shí)，在鎖存器復(fù)位之前無(wú)法發(fā)生開(kāi)關(guān)動(dòng)作。這三個(gè)引腳為定制 LTM4641 的行為提供了更大的靈活性。

效率

下面的圖 3 示出了 LTM4641 在圖 12 電路的典型 1V 輸入電壓下的效率曲線。利用所有保護(hù)電路，LTM4641 仍可實(shí)現(xiàn)高效率。

圖3.LTM4641 的效率曲線

結(jié)論

LTM4641 μModule 穩(wěn)壓器可監(jiān)視輸入電壓、輸出電壓和溫度條件。它可以為處理器、ASIC 和高端 FPGA 等負(fù)載提供全面的電氣和熱保護(hù)，防止電壓應(yīng)力過(guò)大。

審核編輯：郭婷