无需阻塞二极管即可保护敏感电路免受过压和反向电源连接的影响

如果有人将 24V 连接到您的 12V 电路会发生什么？如果电源线和地线无意中颠倒了，电路还能存活吗？您的应用是否位于输入电源可能非常高甚至低于地电位的恶劣环境中？即使这些事件不太可能发生，也只需要一个就可以破坏电路板。

您可以做些什么来保护您的敏感电路免受过高、过低甚至负电压的影响？为了阻断负电源电压，系统设计人员传统上将功率二极管与电源串联。然而，该二极管占用宝贵的电路板空间，并在高负载电流下消耗大量功率。

另一种常见的解决方案是将高压P沟道MOSFET与电源串联。P 沟道 MOSFET 的功耗低于串联二极管，但 MOSFET 及其驱动所需的电路会增加成本。

这两种解决方案的一个缺点是它们牺牲了低电源工作，尤其是串联二极管。此外，两者都不能防止电压过高，而这种保护需要更多的电路，包括高压窗口比较器和电荷泵。

欠压、过压和反向电源保护

LTC®4365 是一款独特的解决方案，可优雅而稳健地保护敏感电路免受不可预测的高或负电源电压的影响。LTC4365 可阻断高达 60V 的正电压和低至 –40V 的负电压。只有安全工作电源范围内的电压才会传递到负载。唯一需要的外部有源元件是连接在不可预测电源和敏感负载之间的双通道N沟道MOSFET。

图 1 显示了一个完整的应用程序。电阻分压器设置过压 （OV） 和欠压 （UV） 跳变点，用于连接/断开负载与 VIN 的连接。如果输入电源在此电压窗口之外徘徊，则 LTC4365 会迅速断开负载与电源的连接。

图1.完整的 12V 汽车欠压、过压和反向电源保护电路。

双通道 N 沟道 MOSFET 可阻断 VIN 上的正电压和负电压。LTC4365 在正常工作期间为外部 MOSFET 的栅极提供了 8.4V 的增强型。LTC4365 的有效工作范围低至 2.5V 和高达 34V — OV–UV 窗口可在此范围内的任意位置。大多数应用不需要VIN保护钳，进一步简化了电路板设计。

准确快速的过压和欠压保护

LTC4365 中的两个准确的 （±1.5%） 比较器可监视 VIN 上的过压 （OV） 和欠压 （UV） 情况。如果输入电源分别高于OV或低于UV门限，则外部MOSFET的栅极会迅速关断。外部电阻分压器允许用户选择与VOUT负载兼容的输入电源范围。此外，UV和OV输入具有非常低的漏电流（在100°C时典型值为<1nA），允许外部电阻分压器中的大值。

图2显示了当VIN从–30V缓慢上升至30V时，图1电路的反应。UV 和 OV 门限分别设置为 3.5V 和 18V。当电源在 3.5V–18V 窗口内时，VOUT 跟踪 VIN。在此窗口之外，LTC4365 将关断 N 沟道 MOSFET，从而断开 VOUT 与 VIN 的连接，即使 VIN 为负也是如此。

图2.输入电压从 –30V 扫描至 30V 时的负载保护。

新型反向电源保护

LTC4365 采用一种新颖的负电源保护电路。当 LTC4365 在 VIN 上检测到一个负电压时，它会快速将栅极引脚连接至 VIN。栅极和VIN电压之间没有二极管压降。当外部 N 沟道 MOSFET 的栅极处于最大负电位 （VIN） 时，从 VOUT 到 VIN 处的负电压的泄漏最小。

图3显示了当VIN热插拔至–20V时发生的情况，VIN、VOUT和GATE在连接之前从地电位开始。由于VIN和GATE连接的寄生电感，VIN和GATE引脚上的电压明显低于–20V。外部MOSFET必须具有能够承受这种过冲的击穿电压。

图3.热插拔VIN至 –20V。

双通道 N 沟道 MOSFET 可阻断 VIN 上的正电压和负电压。LTC4365 在正常工作期间为外部 MOSFET 的栅极提供了 8.4V 的增强型。LTC4365 的有效工作范围低至 2.5V 和高达 34V — OV–UV 窗口可在此范围内的任意位置。大多数应用不需要VIN保护钳，进一步简化了电路板设计。

交流阻断

LTC4365 中的两个准确的 （±1.5%） 比较器可监视 VIN 上的过压 （OV） 和欠压 （UV） 情况。如果输入电源分别高于OV或低于UV门限，则外部MOSFET的栅极会迅速关断。外部电阻分压器允许用户选择与VOUT负载兼容的输入电源范围。此外，UV和OV输入具有非常低的漏电流（在100°C时典型值为<1nA），允许外部电阻分压器中的大值。

图2显示了当VIN从–30V缓慢上升至30V时，图1电路的反应。UV 和 OV 门限分别设置为 3.5V 和 18V。当电源在 3.5V–18V 窗口内时，VOUT 跟踪 VIN。在此窗口之外，LTC4365 将关断 N 沟道 MOSFET，从而断开 VOUT 与 VIN 的连接，即使 VIN 为负也是如此。

图4.36ms 恢复定时器可阻断 28V、60Hz 交流线路电压。

故障条件下的高压瞬变

图5所示为设计用于在过压条件下产生瞬变的测试电路。标称输入电源为 24V，过压门限为 30V。图6显示了VIN过压条件下的波形。这些瞬变取决于VIN和GATE引脚上的寄生电感。电路在瞬变中幸存下来而没有损坏，即使在实验期间没有使用可选的电源钳（D1）。

图5.大 V 时的 OV 故障在电感。

图6.未使用TranZorb （TVS）时OV故障期间的瞬变。

在两个电源之间进行选择

当器件处于关断状态时，VIN 和 VOUT引脚可由两个不同电源以不同的电压驱动。LTC4365 自动将 GATE 引脚驱动到两个电源中较低者以下，从而防止电流沿任一方向流过外部 MOSFET。图 7 的应用使用两个 LTC4365 在两个电源之间进行选择。应注意确保在任何给定时间，两个LTC4365中只有一个使能。

图7.在两种电源之一之间进行选择。

VOUT 上电时的反向 VIN 热插拔

LTC4365 可针对负 VIN 连接提供保护，即使 VOUT 由一个单独的电源驱动也是如此。当 LTC4365 处于停机模式且 VOUT 上电至 20V 时，图 8 显示了 VIN 热插拔至 –20V 时的波形。只要不超过外部MOSFET的击穿电压（60V），VOUT上的20V电源就不会受到VIN反极性连接的影响。

图8.负 V在带 V 的热插拔外动力。

结论

LTC4365 控制器可保护敏感电路免受过压、欠压和反向电源连接的影响。仅当用户可调UV和OV跳变门限限定电源电压时，电源电压才会传递到输出端。此窗口之外的任何电压都会被阻断，最高可达 60V 和低至 –40V。

LTC4365 的新颖架构实现了坚固、小巧的解决方案尺寸和极少的外部组件，并且采用纤巧的 8 引脚 3mm × 2mm DFN 和 TSOT-23 封装。无需与电源串联的反向电压阻断二极管;LTC4365 利用背靠背的外部 MOSFET 自动执行此功能。LTC4365 具有一个 2.5V 至 34V 的宽工作范围，并且在停机期间仅消耗 10μA 电流。

审核编辑：郭婷