汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電源系統(tǒng)必須處理短時(shí)間的高電壓浪涌、保持負(fù)載上的電壓調(diào)節(jié)、同時(shí)避免敏感電路遭受危險(xiǎn)瞬變的損壞。常用的保護(hù)方案需要使用一個(gè)串聯(lián)的鐵芯電感器和高值電解旁路電容器，并輔之以一個(gè)高功率瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)和熔絲。這種笨拙的方法需要占用大量的電路板面積，在這里龐大的電感器和電容器常常是系統(tǒng)中最大的組件。即使采用了此類保護(hù)方案也不能提供針對(duì)反向輸人電壓或電源欠壓(這些都是汽車環(huán)境中有可能遭遇的情形)的防護(hù)作用。出于避免遭受這些事件的損壞及保持輸出電壓的考慮，設(shè)計(jì)人員增設(shè)了一個(gè)隔離幾極管，但這個(gè)二極管中的額外電壓降會(huì)導(dǎo)致功率損失的增加。

LTC4364 是一款用于負(fù)載保護(hù)和輸出保持的完整控制解決方案，其占板面積小巧，并免除了龐大笨重的組件和不希望有的電壓降。圖1示出了 LTC4364 的功能方框圖。該器件可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)背對(duì)背 N 溝道傳輸晶體管：其一 (圖1中的 M1) 負(fù)責(zé)提供電壓浪涌保護(hù)并保持向輸出提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，而另一個(gè) (圖1中的 M2) 則充當(dāng)用于提供反向輸入保護(hù)和輸出保持的理想二極管。

另外，LTC4364 還可提供針對(duì)過載和短路的保護(hù)、承受輸出電壓反向、在輸入欠壓情況下保持 MOSFET 關(guān)斷、以及在輸入過壓情況下禁止接通或自動(dòng)重試。該器件的停機(jī)模式可將電源電流減小到低至 10μA。
高級(jí)浪涌抑制器可承受較高的電壓并確保安全操作

圖2 示出了 LTC4364 的一種典型應(yīng)用。在正常工作條件下，LTC4364 將浪涌抑制器 N 溝道 MOSFET (M1) 驅(qū)動(dòng)至完全導(dǎo)通，并把理想二極管 N 溝道 MOSFET (M2) 的 VDS調(diào)節(jié)至 30mV，從而最大限度地減小了從輸入電源至負(fù)載電路的電壓降。當(dāng) VOUT上升到 (VIN– 0.7V) 時(shí)，ENOUT 引腳電平走高以啟動(dòng)負(fù)載電路。
在輸入電壓浪涌期間，LTC4364調(diào)節(jié)HGATE引腳電壓，并通過MOSFET M1和一個(gè)阻性分壓器對(duì)輸出電壓進(jìn)行箝位，從而把FB引腳電壓保持在1.25V。負(fù)載電路繼續(xù)運(yùn)作，且電源電壓僅有適度的增加(如圖3 所示)。
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在電流過載的情況下，LTC4364 通過M1 限制輸出電流以把 SENSE 和 OUT 引腳兩端的電壓保持在 50mV (當(dāng) OUT > 2.5V 時(shí))。對(duì)于 OUT 低于 1.5V 時(shí)的嚴(yán)重輸出短路，電流限制檢測(cè)電壓將折返至 25mV 以為 MOSFET 提供額外的保護(hù) (圖 4)。
當(dāng)出現(xiàn)輸出限制時(shí) (過壓 [如圖 5 所示] 或過流)，定時(shí)器電容器電壓斜坡上升。假如這種狀況持續(xù)的時(shí)間足夠長(zhǎng)以至于 TMR 引腳電壓達(dá)到 1.25V，則FAULT 引腳電平走低，以向下游電路發(fā)出“即將發(fā)生功率損失”的早期報(bào)警。在 1.35V 電壓下定時(shí)器將關(guān)斷 MOSFET，并在等待一個(gè)冷卻間隔之后再嘗試重新起動(dòng)。

LTC4364監(jiān)視MOSFET兩端電壓，并針對(duì)不斷增加的VCC– VOUT成比例地縮短關(guān)斷定時(shí)器間隔。這樣，高應(yīng)力輸出短路過程的持續(xù)時(shí)間間隔要比短暫的輕微過載更短，因而有助于確保MOSFET在其安全工作區(qū)之內(nèi)運(yùn)作。

在過壓或過流情況下，LTC4364具有一個(gè)非常低的再起動(dòng)占空比(約為 0.1%)，從而可確保MOSFET在因故障而被關(guān)斷之后先冷卻，然后再重新起動(dòng)。圖5示出了LTC4364-2在一個(gè)過壓故障之后的自動(dòng)重試定時(shí)器序列。

LTC4364 的一個(gè)重要特性是：可在輸入電源和 VCC引腳之間布設(shè)一個(gè)電流限制器件，例如一個(gè)電阻器(圖 2 中的 R4)?，F(xiàn)在，VCC引腳上的電源瞬變可利用一個(gè)電容器 (圖 2 中的 C1) 進(jìn)行濾波或由一個(gè)齊納二極管 (圖 2 中的 D1) 進(jìn)行箝位。如果選擇了一個(gè)正確的 MOSFET M1，那么該方案將能承受遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 100V 的電源瞬變。圖 2 中的電路可耐受高達(dá) 200V 的電源瞬變。

輸入電壓監(jiān)視可避免發(fā)生不想要的接通

LTC4364 采用 UV 引腳來檢測(cè)輸入欠壓狀況 (例如：低電池電量)，并在 UV 引腳電壓低于 1.25V 時(shí)使 MOSFET 保持關(guān)斷。另外，LTC4364 還監(jiān)視輸入過壓狀況并把 MOSFET 保持在關(guān)斷狀態(tài)，以在發(fā)生某種輸出故障情況之后執(zhí)行啟動(dòng)或再起動(dòng)操作。

在上電時(shí)，如果OV引腳電壓在100μs的上電復(fù)位延遲結(jié)束之前(或UV引腳電壓升至1.25V以上之前) 高于1.25V，則MOSFET將保持關(guān)斷，直到OV引腳電壓降至1.25V以下為止。該特性可避免當(dāng)電路板插入一個(gè)過壓電源時(shí)執(zhí)行啟動(dòng)操作，借助的方法是采用兩個(gè)分離的阻性分壓器以及用于OV和UV引腳的合適濾波電容器(圖6)。
啟動(dòng)之后，在正常情況下后續(xù)的輸入過壓條件并不會(huì)關(guān)斷 MOSFET，而是將在某種輸出故障之后阻止執(zhí)行自動(dòng)重試操作。在某個(gè)故障之后，如果 OV 引腳電壓在冷卻定時(shí)器周期結(jié)束時(shí)高于 1.25V，則 MOSFET 將保持關(guān)斷狀態(tài)，直到輸入過壓情況被清除為止。
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理想二極管可利用微小的電壓降提供針對(duì)反向輸入和欠壓的保護(hù)

為提供反向輸入保護(hù)，在電子系統(tǒng)的電源通路中常常安置一個(gè)肖特基隔離二極管。這個(gè)二極管不僅消耗功率，而且還降低了可提供給負(fù)載電路的工作電壓，而在采用低輸入電壓時(shí)這一點(diǎn)特別明顯 (比如：汽車?yán)滠嚢l(fā)動(dòng)情況)。通過采用 DGATE 引腳來驅(qū)動(dòng)第二個(gè)反向連接的 MOSFET (圖 2 中的 M2)，LTC4364 去除了傳統(tǒng)的肖特基隔離二極管及其所引起的電壓和功率損失。

在正常操作條件下，LTC4364 將正向壓降 (M2 的 VDS) 調(diào)節(jié)至僅為 30mV。倘若負(fù)載電流足夠大而產(chǎn)生了超過 30mV 的正向壓降，則 M2 被驅(qū)動(dòng)至完全導(dǎo)通，而且其 VDS等于 RDS(ON)•ILOAD。

當(dāng)發(fā)生輸入短路或電源故障時(shí)，反向電流將暫時(shí)流過 M2。LTC4364 可檢測(cè)到反向電壓降并立即關(guān)斷 M2，從而最大限度地減少輸出存儲(chǔ)電容器的放電并保持輸出電壓。圖 7a 示出了一個(gè) 12V 輸入電源短路至地的結(jié)果。對(duì)于這種情況，LTC4364 做出的響應(yīng)是把 DGATE 引腳拉至低電平，從而切斷了反向電流通路，輸出電壓于是得以保持。

在電池接反的場(chǎng)合中，LTC4364 將 DGATE 引腳短接至 SOURCE 引腳 (其跟隨輸入)，且無(wú)需使用外部組件，從而把 M2 保持在關(guān)斷狀態(tài)并使負(fù)載電路與輸入斷接，如圖 7b 所示。VCC、SHDN、UV、OV、HGATE、SOURCE 和 DGATE 引腳皆能承受高于 GND 電位達(dá) 100V 及低于 GND 電位達(dá) 40V 的瞬態(tài)電壓。

LTC4364 輸入保護(hù)：(a) 當(dāng)發(fā)生輸入短路或欠壓時(shí)，DGATE 引腳被拉低，因而關(guān)斷理想二極管 MOSFET 并保持輸出電壓；(b) 在反向輸入情況下，DGATE 引腳被拉至 SOURCE 引腳，從而把理想二極管 MOSFET 保持在關(guān)斷狀態(tài)并切斷反饋。

內(nèi)置輸出端口保護(hù)功能電路

當(dāng)輸出位于一個(gè)連接器的時(shí)候 (如圖 8 所示)，它有可能遭受過壓、短路或反向電壓。LTC4364 憑借多項(xiàng)特性為負(fù)載電路和輸入電源提供了針對(duì)這些情況的保護(hù)作用：

●假如輸出端口插入了一個(gè)高于輸入的電源，則理想二極管MOSFET M2關(guān)斷以使反饋通路斷開，如圖9a所示。
●如果輸出端口短路至地，則 HGATE 引腳首先把正向電流調(diào)節(jié)至電流限值，然后在故障超時(shí)的情況下關(guān)斷 MOSFET M1。
●如果一個(gè)反向電源被施加至輸出端口，則 LTC4364 將在 OUT 引腳電壓降至 GND 電位以下時(shí)關(guān)斷傳輸 MOSFET M1，從而使正向?qū)娏魍窋嚅_并避免在輸入端上發(fā)生電池電量耗盡。

圖9b示出了當(dāng)一個(gè)–12V 電源施加至輸出端時(shí)的結(jié)果。LTC4364 將立即把 HGATE 引腳短接至 SOURCE 引腳 (其跟隨輸出)，從而關(guān)斷 MOSFET M1，于是輸入電源與故障輸出斷接。 LTC4364 輸出端口保護(hù)：(a) 當(dāng)強(qiáng)制輸出高于輸入時(shí)，DGATE 引腳被拉低以切斷反饋； (b) 當(dāng)強(qiáng)制輸出低于 GND 電位時(shí)，HGATE 引腳被拉至 SOURCE 引腳，從而切斷正向?qū)ú⒐?jié)省輸入端上的電池功率。

LTC4364 的 OUT和 SENSE 引腳能承受高于 GND 電位達(dá) 100V 及低于  GND 電位達(dá) 20V 的瞬態(tài)電壓。對(duì)于那些有可能強(qiáng)制輸出端口低于地電位的應(yīng)用，應(yīng)在輸出端上采用具有正確額定電壓的陶瓷旁路電容器，以穩(wěn)定電壓和電流限制環(huán)路并最大限度地抑制輸入瞬變的容性饋通 (見圖 8)。應(yīng)使用一個(gè)低漏電二極管 (圖 8 中的 D2) 以保護(hù) FB 引腳。

結(jié)論

LTC4364 是一款緊湊和完整的解決方案以限制和調(diào)節(jié)電壓及電流，可保護(hù)敏感的負(fù)載電路免遭危險(xiǎn)電源瞬變 (包括那些超過 100V 的電源瞬變) 的損壞。在汽車和工業(yè)系統(tǒng)中，它是傳統(tǒng)上龐大笨重保護(hù)電路的一種易于實(shí)現(xiàn)的高性能替代方案。

LTC4364 的集成型理想二極管驅(qū)動(dòng)器可在輸入短路、電源欠壓或反向輸入的情況下保持輸出電壓，同時(shí)削減因采用隔離二極管所造成的電壓損失。當(dāng)輸出位于連接器側(cè)時(shí)，其內(nèi)置的輸出端口保護(hù)功能電路是很有用處的。由于擁有輸入 UV 和 OV 監(jiān)視功能及一種低電流停機(jī)模式，因而使該器件的特性集更加完善。

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