LTC4366浪湧抑制器工作原理詳解

2020-12-02 電子產品世界

LTC4366浪湧抑制器可保護負載免遭高壓瞬變的損壞。通過控制一個外部N溝道MOSFET的柵極，LTC4366可在過壓瞬變過程中調節輸出。在MOSFET兩端承載過壓的情況下，負載可以保持運作狀態。在返回線路中布設一個電阻器可隔離LTC4366，並允許其隨電源向上浮動；因此，輸出電壓的上限僅取決於高值電阻器的可用性和MOSFET的額定規格。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/258534.htm

一個可調的過壓定時器能在浪湧期間避免損壞MOSFET，而一個附加的9s定時器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機引腳負責在停機期間將靜態電流減小至14A以下。在 一個故障發生之後，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執行自動重試操作。

LTC4366引腳圖

引腳功能：

BASE：用於外部PNP並聯穩壓器的基極驅動器輸出。該引腳連接至一個內部6.2V齊納二極體(其負極接至OUT引腳) 的正極。在期望較低的靜態電流但禁止使用一個較大的VSS電阻器時，將一個外部PNP的基極連接至該引腳 (此PNP 的集電極接地，而發射極則連接至 VSS)。不用時 把該引腳連接至 VSS。裸露焊盤：裸露襯墊可以置於開路狀態或連接至 VSS。

FB：過壓調節放大器反饋輸入。把該引腳連接至一個位於OUT和地之間的外部阻性分壓器。過壓調節放大器負責控 制外部N溝道MOSFET的柵極，以把FB引腳電壓調節在OUT以下1.23V。在發生快速過壓的情況下，過壓放大器將啟動 GATE引腳上的一個200mA下拉電流源。

GATE：用於外部N溝道MOSFET的柵極驅動。在啟動期間，一個內部7.5 A電流源從VDD引腳對外部N溝道MOSFET的柵極充電。當OUT電壓高出VSS 達4.75V時，充電泵將完成GATE的充電(比OUT高12V的電壓)。在發生快速過壓的情況下，先啟動一個位於GATE和OUT之間的200mA下拉電流源，然後由過壓調節放大器來調節GATE引腳電壓。

O U T ：充電泵和過壓調節放大器電源電壓。用於從MOSFET源極供電的浮動電路之電源輸入。當OUT電壓高於 4.75V (UVLO2) 時，充電泵將接通並從該引腳吸取功率。當OUT超過2.55V(UVLO1)時，它被用作過壓調節放大器的一個電源和基準輸入。此引腳被箝位於5.7V並 需要一個0.22 F或更大的電容器以旁路至VSS引腳。

SD：停機比較器輸入。不用時將此引腳連接至 VDD。把該 引腳連接至一個受限的下拉電流 (此電流通過增設一個 與電晶體漏極開路或集電極開路相串聯的電阻器產生)。 啟動外部下拉電流源將抽走內部 1.6 A 上拉電流源，可以 使SD引腳電壓越過停機門限。該門限被定義為 VDD – 1.5V，且具有一個 280mV 遲滯。為避免誤觸發，該引腳 必須持續處於上述門限以下達700 s以啟動停機狀態。停機狀態可把總靜態電流 (IVDD + IOUT) 減小至20A 以下。 該靜態電流不包括 VDD、OUT 和BASE穩壓器中的分路電流。在LTC4366發生故障之後，器件置於停機模式並將清除故障和允許恢復工作。在9s的冷卻周期中清除故障將可縮短LTC4366-2(自動重試)版本的冷卻時間。

TIMER：定時器輸入。將該引腳置於開路，過壓調節時間1s，然後故障關斷。在該引腳和VSS之間連接一個電容器，以設定一個用於在開關斷開之前進行過壓調節時間278ms/F。LTC4366-2版本固化一個9s的冷卻周期並後重新起動。

VDD：啟動電源。用於7.5 A啟動電流源(它負責給外部N溝道MOSFET的柵極充電)的電源輸入。該引腳還用於為在外部MOSFET關斷時處於運行狀態的定時器和邏輯電路供電。此引腳被箝位在VSS+12V。不要使用一個電容器對該引腳進行旁路。

VSS：器件回線和襯底。TIMER和OUT引腳上的電容器應回接至該引腳。

簡化示意圖

工作原理

簡化示意圖描繪了三種操作狀態：起動、運行和調節模式。先前的浪湧抑制器件由輸入電源供電，因此所能承受 的浪湧電壓被限制為器件輸入引腳的擊穿電壓。如運行模 式和調節模式所示，該器件的大部分電路都由輸出供電， 於是MOSFET將浪湧與器件的電源引腳隔離開來。這允許用於浪湧電壓高至外MOSFET的擊穿電壓。在起動模式中，一個15A涓流電流流過RIN，其中一半的電流用於給柵極充電，而另一半電流則用作偏置電流。當GATE引腳充電時，外部MOSFET導通從而上拉OUT引腳電壓。這將導致器件進入運行模式，此時輸出電壓之高足以成為充電泵的電源電壓。充電泵隨後用於對柵極進行充分的充電 (達到高於源極電壓達12V)。由於輸出電壓等於輸入電壓，因此有必要保護負載免遭輸入電源過壓的損壞。在調節模式中，使用一個1.23V 基準作為過壓調節放大器參考。如果上方反饋電阻器 RFB1兩端的電壓降超過1.23V，則調節放大器將拉低柵極電壓以把 RFB1電壓回調至1.23V。因此，輸出電壓的箝位通過設定RFB1和RFB2之間的適當比值來實現。

例如：倘若輸出電壓被調節在100V，則RFB2兩端的電壓降為98.77V。假如齊納二極體Z3為5.7V，那麼RSS兩端的電壓降為94.3V。因此，當輸出位於一個高電壓時，大部分的電壓將降落在兩個電阻器RFB2和RSS的兩 端。這說明了 LTC4366的輸出電壓是怎樣隨電源向上浮動的。可調型三端穩壓器 (例如：LT1085和LM117) 也基於這種設計思想。功能示意圖描繪了實際的電路。VDD引腳上的一個外部RIN電阻器用於給12V並聯穩壓器加電，該穩壓器隨後使 邏輯電源VCC上電。在確認處於開機運行狀態之後，從VDD以一個7.5 A電流來給GATE引腳充電。這是起動模式。當OUT至VSS電壓超過2.55V UVLO1門限時，啟用過壓放大器。接著，4.75V UVLO2門限被越過，充電泵接通。充電泵以 20 A 的電流將 GATE 引腳充電至其終值，即高於OUT電壓達12V(由 Z4 對其實施箝位)。這使得 能夠對位於 OUT 和 VSS 之間的電容器進行充電，直到被 Z3 箝位至 5.7V 為止。在此運行模式中，MOSFET被配置為一個低電阻傳輸電晶體，而且MOSFET中的電壓降和功率耗散極少。

此時，上電後的LTC4366做好了保護負載免遭過壓瞬變 損壞的準備。過壓調節放大器通過檢測FB引腳相對於OUT 引腳的電壓 (RFB1兩端的壓降) 來監視OUT和地之間的負載電壓。在過壓情況下，OUT引腳電壓上升，直到放大器驅動M1柵極以調節和限制輸出電壓為止。這是調節模式。

在調節期間，剩餘的電壓降落在MOSFET的兩端。為防止MOSFET發生過熱，LTC4366採用TIMER引腳來限制過壓調節時間。TIMER引腳以9A的電流充電，直到該引腳的電壓超過2.8V為止。在該點上設定一個過壓故障，MOSFET被關斷，而且器件進入一個9秒的冷卻周期。邏輯和定時器模塊在冷卻周期中處於運行狀態，而GATE引腳電壓則被拉至OUT。

在SD引腳變換至低電平並隨後變換至高電平之前，該器 件的鎖斷版本 LTC4366-1 將處於故障模式。當故障模式 被清除時，允許GATE重新接通MOSFET。自動重試版本LTC4366-2則在等待9秒之後清除故障模式並重新起動。

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摘 要：一個可調的過壓定時器能在浪湧期間避免損壞MOSFET，而一個附加的 9s 定時器則為MOSFET提供了冷卻周期。停機引腳負責在停機期間將靜態電流減小至14 A以下。在 一個故障發生之後，LTC4366-1將鎖斷，而LTC4366-2則將執行自動重試操作。

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摘 要：LTC4366浪湧抑制器可保護負載免遭高壓瞬變的損壞。通過控制一個外部N溝道MOSFET的柵極，LTC4366可在過壓瞬變過程中調節輸出。在 MOSFET兩端承載過壓的情況下，負載可以保持運作狀態。本文詳細介紹了LTC4366的原理、工作過程分析和操作時序。

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