过压保护的备用电路: 技巧和窍门
摘要：过压保护(ovp)器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏，在某些特定的应用中，基本的过压保护电路不足以胜任器件保护的要求，通常有以下两种需求。第一，电路的最大输入电压可能增大；第二，适当修改电路，可以在发生过压或欠压时利用输出电容储能保持能量。本文讨论如何针对这两种需求修改电路，将以max6495–max6499/max6397/max6398过压保护器件为例进行说明。
引言max6495–max6499/max6397/max6398过压保护(ovp)器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏。器件通过控制外部串联在电源线上的n沟道mosfet实现。当电压超过用户设置的过压门限时，拉低mosfet的栅极，mosfet关断，将负载与输入电源断开。
过压保护(ovp)器件数据资料中提供的典型电路可以满足大多数应用的需求(图1)。然而，有些应用需要对基本电路进行适当修改。本文讨论了两种类似应用：增大电路的最大输入电压，在过压情况发生时利用输出电容存储能量。
图1. 过压保护的基本电路
增加电路的最大输入电压虽然图1电路能够工作在72v瞬态电压，但有些应用需要更高的保护。因此，如何提高ovp器件的最大输入电压是一件有意义的事情。图2所示电路增加了一个电阻和齐纳二极管，用来对in的电压进行箝位。如果增加一个三极管缓冲器(图3)，就可以降低对并联稳压器电流的需求，但也提高了设计成本。
图2. 增大最大输入电压的过压保护电路
图3. 通过三极管缓冲器增大输入电压的过压保护电路
齐纳二极管的选择，要求避免在正常工作时消耗过多的功率，并可承受高于输入电压最大值的电压。此外，齐纳二极管的击穿电压必须小于ovp的最大工作电压(72v)，击穿时齐纳二极管电流最大。
串联电阻(r3)既要足够大，以限制过压时齐纳二极管的功耗，又要足够小，在最小输入电压时能够维持ovp器件正常工作。
图2中电阻r3的阻值根据以下数据计算：齐纳二极管d1的击穿电压为54v；过压时峰值为150v，齐纳二极管的功率小于3w。根据这些数据要求，齐纳二极管流过的最大电流为：
3w/54v = 56ma
根据这个电流，r3的下限为：
(150v - 54v)/56ma = 1.7kω
r3的峰值功耗为：
(56ma)² × 1.7kω = 5.3w
如果选择比5.3w对应电阻更小的阻值，则会在电阻和齐纳二极管上引起相当大的功率消耗。
为了计算电阻r3的上限，必须了解供电电压的最小值。保证max6495正常工作的最小输入电压为5.5v。例如，假设供电电压的最小值为6v，正常工作时r3的最大压降为500mv。由于max6495的工作电流为150µa (最大)，相应电阻的最大值为：
500mv/150µa = 3.3kω
图2中的r3设置为2kω，可以保证供电电压略小于6v时ovp器件仍可以正常工作。
注意，发生过压故障时，r3和d1 (图2)需要耗散相当大的功率。如果过压条件持续时间较长(如：几十毫秒以上)，图3所示电路或许更能胜任应用的要求。图中射极跟随器通过降低从r3与d1节点抽取的电流大大增加r3所允许的最大值。以β值为100的三极管为例，此时150µa的器件工作电流变成1.5µa。这种情况下，不能忽略5µa的二极管反向漏电流。r3为10kω，因此，由于漏电流在r3上产生的压降会达到50mv。
在in和gnd间使用一个1µf (最小值)的陶瓷电容。确保器件的电压范围满足输入电压的要求，须注意mosfet的vds_max额定值。
利用输出端电容储能发生过压时，典型应用电路能够对输出电容自动放电，以保护下游电路(图4)，有些应用需要利用输出电容储存能量，并且能够在瞬间高压的条件下继续维持下游电路的供电，利用图5电路可以达到这一目的。
图4. 典型的限压电路提供输出电容放电通道
max6495–max6499/max6397/max6398通过内部100ma的电流源(见图4)连接到gate输出，以对栅极电容和输出电容放电。电流源先对gate放电(电流i1，绿色箭头)，直到gate的电压等于outfb电压，然后断开fet，电流源继续降低gate电压，最后，直到内部的箝位二极管变为正向偏置，对输出电容放电(电流i2，红色箭头)。
图5. 带有输出电容储能功能的过压限制电路
如果outfb没有连接，则断开了通过箝位二极管放电的通路，不再对输出电容放电。然而，mosfet的栅极就不再有保护箝位二极管，vgs_max有可能超出额定值。
在mosfet源极和栅极之间增加一个外部箝位二极管(图5中的d1)可重新建立输出端与100ma恒流源之间的通路。在栅极和gate引脚之间增加一个串联电阻(图5中的r3)，将会限制输出电容的放电电流，降低电流。限制放电电流的同时会增加电路的断开时间，也降低了电路对瞬态过压的响应速度。在串联电阻两端并联一个电容(图5中的c4)可以减轻对响应时间的影响，还可以选择使用电阻r4，避免outfb浮空。
如果将set外部的分压电阻连接到输出端，而不是输入端(参考上述电路图)，使max6495–max6499/max6397/max6398工作在限幅模式，发生过压时，电路会定期地对输出电容进行充电。电容电压跌落到过压门限的滞回电压以下时，mosfet导通，对电容充电；当电容电压达到过压门限时，mosfet断开。
图6给出了max6495–max6499/max6397/max6398工作在过压监控模式的电路。输入电压经过电阻分压后连接到set引脚，当输入过压时，断开mosfet，并将一直维持断开状态，直到解除输入过压故障。
图6. 过压监测模式下的过压比较配置
中国动力电池20强出炉 沃特玛稳居前三强
成都联通携手华为研发新方案 有效解决高层居民区信号覆盖难题
区块链新一轮浪潮奔涌而来，未来谁能打破现有的城墙构建起新的城堡
大华股份发布2020年半年度报告，报告期内公司实现营业收入98.38亿元
SUNLORD顺络车载绕线贴片功率电感—AMWPB系列
过压保护的备用电路: 技巧和窍门
智慧油站系统的物联网技术方案
LTC3613单片式稳压器的应用
物联网科技公司「龙合智联」完成新一轮来自洪泰智造的融资
CAN转PROFINET协议网关JM-PN-CAN
具有锐截止特性的有源高通滤波器电路
Amkor收购扇型晶圆级半导体封装厂商NANIUM
博通(Beken)的无线音频SoC发展蓝图
如何解读运放数据规格书
芬兰政府收购诺基亚公司3.3％股权
关于FPGA在AI芯片中的重要性
富威推出 InvenSense、Leadcore、Qualcomm(Summit)、RFMD等相关智能手机解决方案
微软XSX两款新主机面临严重的缺货问题
高通新一代旗舰处理器骁龙855支持5G网络
家电制造数字孪生5G智能工厂可视化系统，加速家电制造产业数字化转型
引言max6495–max6499/max6397/max6398过压保护(ovp)器件用于保护后续电路免受甩负载或瞬间高压的破坏。器件通过控制外部串联在电源线上的n沟道mosfet实现。当电压超过用户设置的过压门限时，拉低mosfet的栅极，mosfet关断，将负载与输入电源断开。
过压保护(ovp)器件数据资料中提供的典型电路可以满足大多数应用的需求(图1)。然而，有些应用需要对基本电路进行适当修改。本文讨论了两种类似应用：增大电路的最大输入电压，在过压情况发生时利用输出电容存储能量。
图1. 过压保护的基本电路
增加电路的最大输入电压虽然图1电路能够工作在72v瞬态电压，但有些应用需要更高的保护。因此，如何提高ovp器件的最大输入电压是一件有意义的事情。图2所示电路增加了一个电阻和齐纳二极管，用来对in的电压进行箝位。如果增加一个三极管缓冲器(图3)，就可以降低对并联稳压器电流的需求，但也提高了设计成本。
图2. 增大最大输入电压的过压保护电路
图3. 通过三极管缓冲器增大输入电压的过压保护电路
齐纳二极管的选择，要求避免在正常工作时消耗过多的功率，并可承受高于输入电压最大值的电压。此外，齐纳二极管的击穿电压必须小于ovp的最大工作电压(72v)，击穿时齐纳二极管电流最大。
串联电阻(r3)既要足够大，以限制过压时齐纳二极管的功耗，又要足够小，在最小输入电压时能够维持ovp器件正常工作。
图2中电阻r3的阻值根据以下数据计算：齐纳二极管d1的击穿电压为54v；过压时峰值为150v，齐纳二极管的功率小于3w。根据这些数据要求，齐纳二极管流过的最大电流为：
3w/54v = 56ma
根据这个电流，r3的下限为：
(150v - 54v)/56ma = 1.7kω
r3的峰值功耗为：
(56ma)² × 1.7kω = 5.3w
如果选择比5.3w对应电阻更小的阻值，则会在电阻和齐纳二极管上引起相当大的功率消耗。
为了计算电阻r3的上限，必须了解供电电压的最小值。保证max6495正常工作的最小输入电压为5.5v。例如，假设供电电压的最小值为6v，正常工作时r3的最大压降为500mv。由于max6495的工作电流为150µa (最大)，相应电阻的最大值为：
500mv/150µa = 3.3kω
图2中的r3设置为2kω，可以保证供电电压略小于6v时ovp器件仍可以正常工作。
注意，发生过压故障时，r3和d1 (图2)需要耗散相当大的功率。如果过压条件持续时间较长(如：几十毫秒以上)，图3所示电路或许更能胜任应用的要求。图中射极跟随器通过降低从r3与d1节点抽取的电流大大增加r3所允许的最大值。以β值为100的三极管为例，此时150µa的器件工作电流变成1.5µa。这种情况下，不能忽略5µa的二极管反向漏电流。r3为10kω，因此，由于漏电流在r3上产生的压降会达到50mv。
在in和gnd间使用一个1µf (最小值)的陶瓷电容。确保器件的电压范围满足输入电压的要求，须注意mosfet的vds_max额定值。
利用输出端电容储能发生过压时，典型应用电路能够对输出电容自动放电，以保护下游电路(图4)，有些应用需要利用输出电容储存能量，并且能够在瞬间高压的条件下继续维持下游电路的供电，利用图5电路可以达到这一目的。
图4. 典型的限压电路提供输出电容放电通道
max6495–max6499/max6397/max6398通过内部100ma的电流源(见图4)连接到gate输出，以对栅极电容和输出电容放电。电流源先对gate放电(电流i1，绿色箭头)，直到gate的电压等于outfb电压，然后断开fet，电流源继续降低gate电压，最后，直到内部的箝位二极管变为正向偏置，对输出电容放电(电流i2，红色箭头)。
图5. 带有输出电容储能功能的过压限制电路
如果outfb没有连接，则断开了通过箝位二极管放电的通路，不再对输出电容放电。然而，mosfet的栅极就不再有保护箝位二极管，vgs_max有可能超出额定值。
在mosfet源极和栅极之间增加一个外部箝位二极管(图5中的d1)可重新建立输出端与100ma恒流源之间的通路。在栅极和gate引脚之间增加一个串联电阻(图5中的r3)，将会限制输出电容的放电电流，降低电流。限制放电电流的同时会增加电路的断开时间，也降低了电路对瞬态过压的响应速度。在串联电阻两端并联一个电容(图5中的c4)可以减轻对响应时间的影响，还可以选择使用电阻r4，避免outfb浮空。
如果将set外部的分压电阻连接到输出端，而不是输入端(参考上述电路图)，使max6495–max6499/max6397/max6398工作在限幅模式，发生过压时，电路会定期地对输出电容进行充电。电容电压跌落到过压门限的滞回电压以下时，mosfet导通，对电容充电；当电容电压达到过压门限时，mosfet断开。
图6给出了max6495–max6499/max6397/max6398工作在过压监控模式的电路。输入电压经过电阻分压后连接到set引脚，当输入过压时，断开mosfet，并将一直维持断开状态，直到解除输入过压故障。
图6. 过压监测模式下的过压比较配置
中国动力电池20强出炉 沃特玛稳居前三强
成都联通携手华为研发新方案 有效解决高层居民区信号覆盖难题
区块链新一轮浪潮奔涌而来，未来谁能打破现有的城墙构建起新的城堡
大华股份发布2020年半年度报告，报告期内公司实现营业收入98.38亿元
SUNLORD顺络车载绕线贴片功率电感—AMWPB系列
过压保护的备用电路: 技巧和窍门
智慧油站系统的物联网技术方案
LTC3613单片式稳压器的应用
物联网科技公司「龙合智联」完成新一轮来自洪泰智造的融资
CAN转PROFINET协议网关JM-PN-CAN
具有锐截止特性的有源高通滤波器电路
Amkor收购扇型晶圆级半导体封装厂商NANIUM
博通(Beken)的无线音频SoC发展蓝图
如何解读运放数据规格书
芬兰政府收购诺基亚公司3.3％股权
关于FPGA在AI芯片中的重要性
富威推出 InvenSense、Leadcore、Qualcomm(Summit)、RFMD等相关智能手机解决方案
微软XSX两款新主机面临严重的缺货问题
高通新一代旗舰处理器骁龙855支持5G网络
家电制造数字孪生5G智能工厂可视化系统，加速家电制造产业数字化转型