【導讀】總線電壓浪涌不僅對 DC/DC 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成危險，也對負載帶來威脅。傳統(tǒng)的過壓保護方案采用熔絲，其動作速度和可靠性均未必足以保護。一種較好的解決方案是可準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載上的過電壓來做出響應(yīng)。下面為大家介紹這么一種負載電路保護的解決方案。
總線電壓浪涌不僅對 DC/DC 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成危險，也對負載帶來威脅。傳統(tǒng)的過壓保護方案采用熔絲，其動作速度和可靠性均未必足以保護。諸如FPGA、ASIC 和微處理器等負載。一種較好的解決方案是可準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載上的過電壓來做出響應(yīng)。借助 LTM4641 中的保護功就可做到這一點。
電源和保護 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載保護選項，包括：
(A) 輸入保護
具閉鎖門限的欠壓閉鎖、過壓停機；
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) 負載保護
穩(wěn)健、可復位的閉鎖過壓保護。
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。
輸出過壓和負載保護
電源和半導體控制 IC 行業(yè)中的常用輸出過壓保護方案是接通同步 (底端) MOSFET。這種方法可在嚴重的負載電流下降過程中提供某些過壓保護，但在避免負載遭受諸如高壓側(cè)功率開關(guān) MOSFET 短路等真實的故障情況則并不是非常有效。如圖 1 所示，當把一個輸出放電 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。
圖 1：具輸入斷接和快速放電輸出過壓保護功能的 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(默認值為高出標稱值 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：功率級變至高阻抗狀態(tài)，而且內(nèi)部頂端和底端 MOSFET 均被閉鎖。CROWBAR 輸出接通 MCB，對輸出電容器進行放電并防止輸出電壓發(fā)生任何進一步的正向擺動。
MSP 被置于輸入電源 (VIN) 和 LTM4641 的功率級輸入引腳 (VINH) 之間，并被用作一個可復位的電子式電源中斷開關(guān)。當 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) 電壓到達昂貴的負載上。另外，LTM4641 還采用一個獨立的基準電壓以產(chǎn)生一個 OOV 門限 (與控制 IC 的帶隙電壓分開)。
圖 1 示出了當頂端 MOSFET MTOP 發(fā)生故障 (因而在 VIN 和 SW 節(jié)點之間引起短路) 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
LTM4641 具有輸入欠壓和過壓保護功能，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 UVLO 引腳電壓降至低于 0.5V 時，開關(guān)動作被禁止；當 UVLO 引腳電壓超過 0.5V 時，可恢復執(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 IOVRETRY 引腳電壓超過 0.5V 時，開關(guān)動作被禁止；當 IOVRETRY 引腳電壓降至 0.5V 以下時，開關(guān)動作可恢復。當 OVLO 引腳電壓超過 0.5V 時，開關(guān)動作被禁止；而當 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位之后才能恢復。這三個引腳為定制 LTM4641 的運行方式提供了附加的靈活性。
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效率
圖 3 示出了當采用 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)置了所有這些保護電路，LTM4641 仍能實現(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功能，從而避免處理器、ASIC 和高端 FPGA 等負載遭受過大電壓應(yīng)力而受損。
