开关浪涌抑制器 - 保护电压浪涌、尖峰和纹波的措施

开关浪涌抑制器

线性浪涌抑制器为需要高达约 4A 电流的系统提供了一种非常出色的解决方案，当超出这个电流范围时，该电路有效穿越长时间浪涌的能力会受到 MOSFET 安全工作区的限制。对于较大的电流，通过采用专用的开关稳压器技术如今可提供一种更有效的解决方案，在该技术中，限制主要变成了系统热质量和相关的最大结温考虑因素之一。

图3：LTC7860高效率开关浪涌抑制器

LTC7860 专为用作一款高效率开关浪涌抑制器和 / 或输入浪涌电流限制器而设计。在正常操作期间，LTC7860 处于压差或 SWITCH-ON 模式，并持续驱动外部 MOSFET，从而将输入电压传递至输出。

LTC7860 在启动或响应输入过压或输出短路事件时切换进入 PROTECTIVE PWM （保护性PWM） 模式，输出电压调节至安全值，从而使负载能够在发生输入过压事件时继续正常运作。外部比较器限制电流检测电阻器两端的电压，调节最大输出电流，以针对过流故障提供保护。

可调定时器限制 LTC7860 可用于过压或过流调节的时间。当定时器到期时，外部 MOSFET 断开，直到 LTC7860 经过冷却期后重启为止。通过在功率损耗很高时严格限制处于 PROTECTIVE PWM 模式的时间，可以针对正常工作情况优化组件和热量设计，使组件和设计方案能够在发生高压输入浪涌和 / 或过流故障时安全地工作。还可以增加一个 PMOS 以提供电池反向保护。

通过给 LTC7860 的电源偏置增加一个简单的并联稳压器，就可以将 60V 最大 VIN至 SGND范围扩大到超过 200V。

效率比较

就上述 LT4363 这类线性浪涌抑制器和 LTC7860 开关浪涌抑制器而言，一旦开始调节，功率损耗就会显著上升。在线性浪涌抑制器中，功率损耗是起调节作用的 MOSFET 之功耗。而在高效率浪涌抑制器或开关浪涌抑制器中，内部功率损耗由转换效率决定。

线性浪涌抑制器功率损耗 = VOUT* IOUT* （VIN/VOUT-1）

开关浪涌抑制器功率损耗 = VOUT* IOUT* （1/ 效率 - 1）

瞬时功率损耗例子：

线性 = 30V * 4A * （40V / 30V -1） = 40.0W

开关 = 30V * 4A * （1/92% -1） = 10.4W

由于功率损耗降低，因此与同级别的线性解决方案相比，开关浪涌抑制器将允许更高的输出电流和功率级别。在开关浪涌抑制器中，内部浪涌功率损耗会比正常功率损耗增加 10 倍之多。如果停留在 PWM 模式调节中的时间受限，则运行功率会超越稳态操作中所能实现的水平。

浪涌抑制器保护的结果是，下游组件可具有较低的额定电压，但在高 VIN降压型稳压器可用时，那为什么不使用其中一款而免除保护电路呢？ 虽然这或许很吸引人，但是此类降压型稳压器电路将需要针对最坏情况而确定的组件，并将必需采取显着增多的散热措施。另外，这也许还会把上游电源置于容易遭受输出短路故障损坏的境地。