功耗：获取有关电源应用和电路设计技巧以更少的成本系统电源保护

保护电路是现代电子产品的无名英雄。无论何种应用，从交流线路到数字负载的长电气链都散布着各种尺寸和形状的保险丝和瞬态电压抑制器。沿着电气路径，电应力源（例如存储电容器引起的浪涌电流、接线错误或断电引起的反向电流、过电压以及感性负载开关或雷击引起的欠压）会损坏宝贵的电子负载。对于采用脆弱的亚微米和低压技术构建的微处理器和存储器来说也是如此。就像士兵建造堡垒墙一样，有必要在负载周围建立保护周界来处理这些潜在的灾难性事件。

保护电子设备必须在其电压和电流额定值范围内处理过压/欠压、过流和反向电流等故障条件。如果预期的电压浪涌超过此处讨论的保护电子额定值，则可以以滤波器和瞬态电压抑制（TVS）器件的形式添加额外的保护层。

图2显示了围绕智能负载（例如微处理器）的典型系统保护方案。DC-DC 转换器 — 配有控制 （IC2）、同步整流场效应管 （T3， T4）和相关本征二极管（D3， D4），以及输入和输出滤波电容器（C在， C外） - 为微处理器或 PLC 供电。来自 24V 电源总线 （V总线），如果直接连接到 V在，将对 DC-DC 转换器及其负载造成灾难性后果（图 3）。因此，前端电子保护是必要的。在这里，保护是通过控制器（IC1），驱动两个分立式 MOSFET，T1和 T2.

图2.典型的电子系统和保护

过压保护

基于 DC-DC 转换器的最大工作电压（控制 IC2在图 2 中），保护器 IC 主要由一个 MOSFET 开关 （T2），接近在此操作范围内，并在其上方打开。相关的本征二极管D2在过压的情况下反向偏置，起任何作用。T 的存在1/D1在这种情况下也是无关紧要的，与 T1完全“开启”。

过流保护

即使输入电压被限制在允许的工作范围内，问题也可能持续存在。向上电压波动会产生高 CdV/dt 浪涌电流，可能会熔断保险丝、烧毁 PCB 走线或使系统过热，从而降低其可靠性。因此，保护IC必须配备限流机制。

反向电流保护

MOSFET 在漏极和源极之间的本征二极管在 MOSFET “导通”时反向偏置，当 MOSFET 电压极性反转时正向偏置。由此可见，T2本身不能阻挡负输入电压。这些可能会意外发生，例如，在负瞬态或停电期间，当输入电压（V总线在图2中）为低电平或不存在，DC-DC转换器输入电容（C在） 通过本征二极管 D 馈送电源总线2.为了阻止反向电流，必须有晶体管T。1，与其固有二极管 D 一起放置1反对负电流。然而，结果是两个MOSFET的昂贵背靠背配置，其固有二极管偏置相反。

集成背靠背 MOSFET

如果使用分立式MOSFET，则背靠背配置的需求是显而易见的，如图2所示，而如果保护是单片式的，即当控制电路和MOSFET集成在单个IC中时，则不太明显。许多配备反向电流保护的集成保护IC都使用单个MOSFET，无论MOSFET极化如何，都要将器件体二极管切换为反向偏置。这种实现方案适用于5V MOSFET，后者在源极和漏极方面具有对称结构。源体和漏极体最大工作电压相同。在我们的例子中，高压MOSFET不是对称的，只有漏极设计为能够承受相对于身体的高电压。高压MOSFET的布局更为关键，而RR优化的高压MOSFET则更为关键。DS（ON）仅与源短路到身体一起提供。最重要的是，高压（> 5V）集成解决方案也必须采用背靠背配置。

在电机驱动器应用中，直流电机电流由 PWM 控制，采用 MOSFET 桥式驱动器控制。在PWM控制周期的OFF部分，电流再循环回输入电容，从而有效地实现能量回收方案。在这种情况下，不需要反向电流保护。

传统分立式解决方案

图 5 显示了使用分立式实现方案（如图 2 所示的分立式实现方案 （24V） 的高成本，包括 PC 板面积和物料清单 （BOM）在，-60V至+60V保护）。印刷电路板面积为70mm2。

图5.具有更高PCB面积（70mm）的传统分立保护2)

集成解决方案

图6显示了在同一IC中集成控制和功率MOSFET的优势，该IC采用3mm x 3mm TDFN-EP封装。在这种情况下，PCB面积占用减少到分立解决方案的约40%（28mm2).

图6.集成保护，减少印刷电路板面积（28mm2)

集成保护系列

MAX17608–MAX17610系列可调过压和过流保护器件就是这种集成方案的一个例子。它具有一个210mΩ的低导通电阻集成FET对，如图7所示。

图7.MAX17608/MAX17609过压/过流保护器件框图

这些器件可保护下游电路免受高达 ±60V 的正负输入电压故障的影响。过压锁定门限 （OVLO） 可通过可选的外部电阻器调节至 5.5V 至 60V 之间的任何电压（图 8）。它们具有高达 1A 的可编程限流保护功能。MAX17608和MAX17610阻断反向流动的电流，而MAX17609允许电流反向流动。这些器件还具有防止内部过热的热关断保护功能。它们采用小型 12 引脚 （3mm x 3mm） TDFN-EP 封装。器件的工作温度范围为 -40°C 至 +125°C。

除了理想的集成特性外，该解决方案还具有±3%的精确电流检测，而分立式解决方案的典型电流检测率为±40%。该 IC 还在 SETI 引脚上报告负载瞬时电流值（图 8）。这是一个很棒的功能，可以帮助系统监控每个电路板的电流消耗。

这些器件可以编程为在限流条件下以三种不同的方式运行：自动重试、连续或闭锁模式。这是系统设计人员决定如何管理负载瞬态以最大程度地减少系统停机时间和服务成本的好方法。

图8.MAX17608/MAX17609应用框图

结论

电子负载需要保护免受停电和波动、感性负载切换和雷击的影响。我们回顾了一种典型的保护解决方案，其集成度低，不仅会导致PCB空间效率低下和高BOM，而且具有高容差并带来电路认证挑战。我们展示了一个丰富的高集成度、高度灵活、低R系列。DS（ON）提供直接和反向电压和电流保护的保护IC。它们非常易于使用，并以最小的 BOM 和 PC 板空间占用提供必要的功能。借助这些 IC，您可以在系统周围设计一个紧密的保护范围，以提高安全性和可靠性。

审核编辑：郭婷