過壓保護(hù)的備用電路：提示和技巧

過壓保護(hù) （OVP） 器件可保護(hù)下游電路免受拋負(fù)載事件或瞬變期間發(fā)生的過壓情況的影響。有時(shí)，OVP器件的基本應(yīng)用電路不足以滿足特定應(yīng)用;以下是兩種常見的變體。首先，可以提高電路的最大輸入電壓。其次，可以修改電路，將輸出電容用作儲(chǔ)能器，以在過壓或欠壓條件下保持能量。本應(yīng)用筆記討論了如何進(jìn)行這兩種設(shè)計(jì)修改。MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398 OVP器件可作為這些技術(shù)的示例。

介紹

MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398過壓保護(hù)（OVP）器件可保護(hù)下游電路免受拋負(fù)載事件或瞬變期間發(fā)生的過壓情況的影響。這些器件通過控制與電源軌串聯(lián)的 n 溝道 MOSFET 來工作。當(dāng)電壓超過用戶指定的過壓門限時(shí)，柵極拉低，MOSFET 關(guān)斷，斷開電源軌。

數(shù)據(jù)手冊(cè)中介紹的這些OVP器件的典型電路適用于大多數(shù)應(yīng)用（見圖1）。然而，有時(shí)應(yīng)用需要對(duì)基本電路進(jìn)行一些修改。本文討論了兩種這樣的應(yīng)用：增加最大輸入電壓，以及在過壓事件期間使用輸出電容作為儲(chǔ)能器。

圖1.基本過壓保護(hù)電路。

增加最大輸入電壓

雖然圖1中的電路適用于高達(dá)72V的輸入電壓瞬變，但某些應(yīng)用需要更多的保護(hù)。因此，了解如何提高OVP器件中的最大輸入電壓是有利的。圖2顯示了一個(gè)帶有一個(gè)附加電阻和一個(gè)齊納二極管的電路，齊納二極管用于箝位IN上的電壓。雖然增加晶體管緩沖器（圖3）降低了并聯(lián)穩(wěn)壓器的電流要求，但確實(shí)增加了設(shè)計(jì)成本。

圖2.增加最大輸入電壓的過壓保護(hù)電路。

圖3.該過壓保護(hù)器電路使用晶體管緩沖器來增加最大輸入電壓。

要選擇齊納電壓并避免在正常工作期間浪費(fèi)功率，請(qǐng)選擇高于最大正常輸入電壓的電壓。此外，齊納二極管電壓必須低于OVP電路的最大工作電壓（72V），在齊納二極管電流最高的瞬態(tài)條件下。

串聯(lián)電阻R3必須足夠大，以限制過壓條件下齊納二極管的功耗，但又要足夠小，以最小輸入電壓維持OVP IC的功率。

計(jì)算圖3的R2電阻值從以下給定開始：D1的齊納電壓為54V;過壓峰值為150V;齊納二極管中的功率應(yīng)為3W或更低。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，流過齊納二極管的最大電流為：

3W/54V = 56mA

有了這個(gè)電流，R3的下限應(yīng)該是：

（150V - 54V）/56mA = 1.7kΩ

因此，R3的峰值功耗為：

（56mA）2 × 1.7kΩ = 5.3W

小于此5.3W的電阻值將導(dǎo)致電阻和齊納二極管中相當(dāng)大的功耗。

要計(jì)算電阻的上限，必須知道所需的最小電源電壓。MAX6495要求輸入電壓至少為5.5V。在本例中，最小電源電壓為6V，因此正常工作期間電阻R3兩端的可接受壓降為500mV。由于MAX6495的電源電流為150μA（最大值），相應(yīng)的最大電阻值為：

500mV/150μA = 3.3kΩ

圖3電路的電阻R2設(shè)置為2kΩ，以確保OVP器件在略低于6V的輸入電壓下工作。

請(qǐng)注意，在過壓條件下，R3和D1（圖2）的功耗很大。如果過壓瞬變持續(xù)（即超過幾十毫秒），圖3中的電路可能更適合該應(yīng)用。該發(fā)射極-跟隨器電路通過減少從R3和D3之間的節(jié)點(diǎn)汲取的電流，大大增加了R1的允許最大值。對(duì)于 100 的晶體管β，150μA 的電源電流變?yōu)?1.5μA。此時(shí)，二極管的5μA反向漏電流不容忽視。R3設(shè)置為10kΩ，從而將R3上由漏電流引起的壓降限制在50mV。

在IN至GND之間使用1μF（最小值）陶瓷電容器。 確保元件的額定電壓滿足輸入電壓要求。仔細(xì)注意VDS_MAXMOSFET系列的額定值。

使用輸出電容器作為儲(chǔ)能器

在過壓條件下，典型應(yīng)用電路會(huì)自動(dòng)對(duì)輸出電容放電以保護(hù)下游電路（圖 4）。有時(shí)，應(yīng)用需要輸出電容來存儲(chǔ)能量，并在瞬態(tài)過壓條件下保持下游電路的電源。圖5中的電路實(shí)現(xiàn)了此操作。

圖4.典型的過壓限制電路，顯示輸出電容的放電路徑。

MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398使用連接至GATE輸出的內(nèi)部100mA吸電流（見圖4）對(duì)柵極電容放電和輸出電容放電。吸電流使柵極放電（參見電流I1，綠色箭頭），直到 GATE 上的電壓等于 OUTFB 上的電壓。此時(shí)，F(xiàn)ET 關(guān)閉。吸電流繼續(xù)降低GATE上的電壓，最終正向偏置內(nèi)部箝位二極管并放電輸出電容（電流I2紅色）。

圖5.帶儲(chǔ)能電容電路的過壓限制器。

如果OUTFB斷開，從而消除通過箝位二極管的電流路徑，則輸出電容不再放電。但是，MOSFET的柵極不再具有保護(hù)箝位二極管和VGS_MAX可能會(huì)超過評(píng)級(jí)。

在MOSFET的源極到MOSFET的柵極增加一個(gè)外部箝位二極管（圖1中的D5），重新引入從輸出到100mA吸電流的電流路徑。通過在GATE和柵極引腳之間增加一個(gè)串聯(lián)電阻（圖3中的R5），可以限制該電流，并減少輸出電容上的電流消耗。限制電流還會(huì)增加關(guān)斷時(shí)間，并減慢電路對(duì)尖銳過壓瞬變的響應(yīng)。在串聯(lián)電阻兩端增加一個(gè)電容（圖4中的C5）有助于縮短響應(yīng)時(shí)間。一個(gè)可選的電阻器R4可防止OUTFB浮動(dòng)。

如果MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398工作在限幅器模式，將SET電阻分壓器連接到輸出連接而不是輸入端（見上圖），電路可以周期性地向輸出電容增加電荷。然后，當(dāng)電容電壓降至過壓門限的遲滯電壓以下時(shí)，串聯(lián)MOSFET導(dǎo)通，為電容充電，當(dāng)電壓超過過壓門限時(shí)關(guān)斷。

圖6所示為MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398連接工作在過壓監(jiān)測(cè)模式。通過將SET電阻分壓器連接到輸入連接，MOSFET將在輸入過壓期間關(guān)斷并保持關(guān)斷狀態(tài)，直到過壓條件消失。

圖6.過壓比較器配置為過壓監(jiān)視模式。

審核編輯：郭婷