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過壓保護的電路器件分析

作者: 時間:2012-01-29 來源:網絡 收藏

MAX6495–MAX6499/MAX6397/MAX6398(OVP)器件用于保護后續電路免受甩負載或瞬間高壓的破壞。器件通過控制外部串聯在電源線上的n溝道MOSFET實現。當電壓超過用戶設置的過壓門限時,拉低MOSFET的柵極,MOSFET關斷,將負載與輸入電源斷開。

  (OVP)器件數據資料中提供的典型電路可以滿足大多數應用的需求(圖1)。然而,有些應用需要對基本電路進行適當修改。本文討論了兩種類似應用:增大電路的最大輸入電壓,在過壓情況發生時利用輸出電容存儲能量。

  

過壓保護的基本電路

  圖1. 的基本電路

  增加電路的最大輸入電壓

  雖然圖1電路能夠工作在72V瞬態電壓,但有些應用需要更高的保護。因此,如何提高OVP器件的最大輸入電壓是一件有意義的事情。圖2所示電路增加了一個電阻和齊納二極管,用來對IN的電壓進行箝位。如果增加一個三極管緩沖器(圖3),就可以降低對并聯穩壓器電流的需求,但也提高了設計成本。

  

過壓保護的電路器件分析

  圖2. 增大最大輸入電壓的過壓保護電路

  

通過三極管緩沖器增大輸入電壓的過壓保護電路

  圖3. 通過三極管緩沖器增大輸入電壓的過壓保護電路

齊納二極管的選擇,要求避免在正常工作時消耗過多的功率,并可承受高于輸入電壓最大值的電壓。此外,齊納二極管的擊穿電壓必須小于OVP的最大工作電壓(72V),擊穿時齊納二極管電流最大。

  串聯電阻(R3)既要足夠大,以限制過壓時齊納二極管的功耗,又要足夠小,在最小輸入電壓時能夠維持OVP器件正常工作。

  圖2中電阻R3的阻值根據以下數據計算:齊納二極管D1的擊穿電壓為54V;過壓時峰值為150V,齊納二極管的功率小于3W。根據這些數據要求,齊納二極管流過的最大電流為:

  3W/54V = 56mA

  根據這個電流,R3的下限為:

  (150V - 54V)/56mA = 1.7kΩ

  R3的峰值功耗為:

  (56mA)2 × 1.7kΩ = 5.3W

  如果選擇比5.3W對應電阻更小的阻值,則會在電阻和齊納二極管上引起相當大的功率消耗。

  為了計算電阻R3的上限,必須了解供電電壓的最小值。保證MAX6495正常工作的最小輸入電壓為5.5V。例如,假設供電電壓的最小值為6V,正常工作時R3的最大壓降為500mV。由于MAX6495的工作電流為150μA (最大),相應電阻的最大值為:

  500mV/150uA = 3.3kΩ

  圖2中的R3設置為2kΩ,可以保證供電電壓略小于6V時OVP器件仍可以正常工作。

  注意,發生過壓故障時,R3和D1 (圖2)需要耗散相當大的功率。如果過壓條件持續時間較長(如:幾十毫秒以上),圖3所示電路或許更能勝任應用的要求。圖中射極跟隨器通過降低從R3與D1節點抽取的電流大大增加R3所允許的最大值。以β值為100的三極管為例,此時150?A的器件工作電流變成1.5uA。這種情況下,不能忽略5uA的二極管反向漏電流。R3為10kΩ,因此,由于漏電流在R3上產生的壓降會達到50mV。

  在IN和GND間使用一個1uF (最小值)的陶瓷電容。確保器件的電壓范圍滿足輸入電壓的要求,須注意MOSFET的VDS_MAX額定值。

  利用輸出端電容儲能

  發生過壓時,典型應用電路能夠對輸出電容自動放電,以保護下游電路(圖4),有些應用需要利用輸出電容儲存能量,并且能夠在瞬間高壓的條件下繼續維持下游電路的供電,利用圖5電路可以達到這一目的。

  

典型的限壓電路提供輸出電容放電通道

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關鍵詞: 過壓保護 電路器

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