过压保护电路设计.doc

过压保护电路设计--------------------------------------------------------------------------------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 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 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 = 1.7kΩR3 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 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*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。