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MOSFET与硅控整流器过压保护的比较

电子设计 来源:郭婷 作者:电子设计 2019-04-12 08:27 次阅读

简介

由于电子子系统在整个产品的可靠和安全运行中发挥着重要作用,因此在DC / DC步骤周围增加了一个过压保护电路 - 考虑到它们的绝对最大电压(某些轨道上<2V)远低于中间总线电压,可能建议使用下降调节器以防止损坏最新的数字逻辑处理器。 (为了进一步了解哪些操作环境和条件保证了这种保护,请参考“μModule稳压器为中间总线电压浪涌提供电源并保护低压μ处理器,ASIC和FPGA”)过压保护电路的一个关键部分是撬棒,这是一个组件,当触发时,降压调节器的输出和接地连接短路,以减轻负载上的电压应力。

用作撬棒的两种最常见的电路元件是MOSFET可控硅整流器(SCR) )也称为晶闸管。我们使用LTM4641(38V IN ,10A降压稳压器)作为我们的测试平台,比较了两种器件保护现代数字逻辑内核典型1.0V输出轨的能力(图1)。该μModule稳压器具有集成的输出过压检测电路和撬棒驱动器。当输出端检测到输出过压情况时,撬棒引脚上的内置驱动器在500ns内变为高电平,MSP上的MOSFET断开输入电源V INH 与DC / DC转换器的连接。

MOSFET与硅控整流器过压保护的比较

测试条件

对于我们的测试,我们假设1.0V标称输出电压代表现代逻辑器件(包括FPGA)的核心电压,ASIC微处理器。快速的过压响应时间对于保护低压逻辑是必不可少的,其绝对最大额定电压通常为额定值的110%至150%。当上游轨道是诸如12V,24V和12V的中间总线电压时,这一事实尤其重要。 28V。在我们的测试中,输入电压设置为38V,可调输出过压保护触发阈值保留在标称输出电压的默认值110%。

结果

MOSFET

首先是MOSFET。安装了NXPPH2625L3mΩ,1.5V TH ,100A MOSFET,5×6mm电源SO-8作为撬棒,栅极连接到CROWBAR驱动器引脚。在从V INH 到SW的直接短路下,偏移从未超过1.16V或标称值的116%(图2)。

MOSFET与硅控整流器过压保护的比较

接下来,我们用Littelfuse的可控硅整流器(SCR)替换MOSFET,并将CROWBAR驱动器引脚连接到SCR的栅极。 Littelfuse S6012DRP的额定峰值浪涌电流为100A ,峰值导通电压为1.6V,触发阈值为1.5V,采用6.6×11.5mm TO-252封装。在OVP事件引起保护后,输出电压保持相对恒定在1.6V,超过标称稳压电压的60%,与Littelfuse SCR的峰值导通电压一致(图3)。在V INH 处添加的探针向我们表明,即使输入电源已经降至接近零,V OUT 仍然保持高电平。显然,Littelfuse SCR无法提供有效的过压保护。

MOSFET与硅控整流器过压保护的比较

对于我们的下一次测试,Littelfuse SCR二极管交换了具有较低导通电压和触发阈值的Vishay SCR。 Vishay 10TTS08S的额定电流为110A峰值浪涌电流,1.15V峰值导通电压,以及采用10×15mm TO-263封装的1.0V触发阈值。乍一看,使用Vishay SCR的OVP保护似乎是对Littelfuse SCR的改进,但输出电压在标称稳压电压上达到1.7V或70%的峰值(图4)。在这种情况下,在OVP峰值和SCR的导通状态电压之间似乎没有相关性。在SCR处于适当位置的两种情况下,输出电压在过压事件开始后的12-14μs内达到峰值,这表明SCR的响应时间延迟。

MOSFET与硅控整流器过压保护的比较

结论

这个基准数据支持我们的说法,即可控硅整流器(晶闸管)反应太慢,导通电压过高,无法成为当今最先进的FPGA,ASIC和微处理器的有效撬棒。此外,SCR需要比MOSFET更优越的PCB面积。像NXP PH2625L这样的MOSFET与LTM4641配合使用,是一种更可靠,更有效的方法,可以为最新的数字逻辑器件供电和保护。

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