12V 汽车欠压、过压及电源反向保护电路
eeskill 2022-11-14

假如有人将 24V电源连接到您的 12V电路上,将发生什么?

倘若电源线和接地线因疏忽而反接,电路还能安然无恙吗?

您的应用电路是否工作于那种输入电源会瞬变至非常高压或甚至低于地电位的严酷环境中?

即使以上类事件的发生概率很低,但只要出现任何一种就将彻底损坏电路板。

为了隔离负电源电压,我们惯常的做法是布设一个与电源相串联的功率二极管或 P 沟道MOSFET。然而——

二极管既占用宝贵的板级空间,又会在高负载电流下消耗大量的功率;

P 沟道 MOSFET 的功耗虽然低于串联二极管,但 MOSFET 以及所需的驱动电路将导致成本增加。

这两种解决方案均牺牲了低电源操作性能,尤其是串联二极管。而且,两种方法都没有提供针对过高电压的保护——这种保护需要更多的电路,包括一个高电压窗口比较器和充电泵。

欠压、过压和电源反向保护

LTC4365 是一款独特的解决方案,可精巧和稳健地保护敏感电路免遭意料之外的高电源电压或负电源电压。LTC4365 能隔离高达 60V 的正电压和低至 –40V 的负电压。只有处于安全工作电源范围之内的电压被传送至负载。仅需的外部有源组件是一个连接在不可预知的电源与敏感负载之间的双路 N 沟道 MOSFET。

图 1 示出了一款完整的应用电路。一个阻性分压器负责设定用于负载与 VIN 连接 / 断接的过压(OV)和欠压 (UV) 跳变点。如果输入电源漂移至该电压窗口之外,则 LTC4365 将迅速把负载与电源断接。

图 1:完整的 12V 汽车欠压、过压及电源反向保护电路

双路 N 沟道 MOSFET 负责在 VIN 上隔离正电压和负电压。在标准运作期间,LTC4365 为外部 MOSFET 的 栅极提供了增强的 8.4V。LTC4365 的有效工作范围从低至 2.5V 到高达 34V —— OV和UV窗口可介于此范围之内。对于大多数应用来说,无需在 VIN上设置保护性箝位电路,从而进一步简化电路板设计。

准确和快速的过压及欠压保护

LTC4365 中两个准确 (±1.5%) 的比较器用于监视 VIN 上的过压 (OV) 和欠压 (UV) 状况。如果输入电压分别升至 OV 门限以上或降至 UV 门限以下,则外部 MOSFET 的栅极将快速关断。外部阻性分压器允许用户选择一个与 VOUT 上的负载相兼容的输入电源范围。此外,UV 和 OV 输入还具有非常低的漏电流 (在 100°C 时通常 <1nA),因而可在外部阻性分压器中提供大的电流值。

图 2 示出了图 1 电路中的 VIN从 –30V 缓慢斜坡上升 至 30V 时做出的反应。UV 和 OV 门限被分别设定为 3.5V 和 18V。当电源电压位于 3.5V 至 18V 窗口之内 时, VOUT 跟随 VIN 。若超出该窗口时,LTC4365 将 关断 N 沟道 MOSFET,并使 VOUT 与 VIN断接,即使 在VIN 为负值的情况下也不例外。

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