一,、復(fù)雜的電子環(huán)境

汽車(chē),、工業(yè)和航空電子設(shè)備所處的供電環(huán)境非常復(fù)雜,，在這種惡劣的供電環(huán)境中運(yùn)行,，需要具備對(duì)抗各種浪涌傷害的能力,。以汽車(chē)電子系統(tǒng)供電應(yīng)用為例,，該系統(tǒng)不但需要滿(mǎn)足高可靠性要求,，還需要應(yīng)對(duì)相對(duì)不太穩(wěn)定的電池電壓,，具有一定挑戰(zhàn)性,；與車(chē)輛電池連接的電子和機(jī)械系統(tǒng)的差異性,，也可能導(dǎo)致標(biāo)稱(chēng)12 V電源出現(xiàn)大幅電壓偏移。

事實(shí)上,，在一定時(shí)間段內(nèi),，12 V電源的變化范圍為–14 V至+35 V，且可能出現(xiàn)+150 V至–220 V的電壓峰值,。這種很高的瞬態(tài)電壓在汽車(chē)和工業(yè)系統(tǒng)是常見(jiàn)的,，可以持久從微秒到幾百毫秒，這將帶來(lái)巨大的能量,。這其中有些浪涌和瞬變?cè)谌粘Ｊ褂弥谐霈F(xiàn),，其他則是因?yàn)楣收匣蛉藶殄e(cuò)誤導(dǎo)致。

無(wú)論起因?yàn)楹?，它們?duì)汽車(chē)電子系統(tǒng)造成的損害難以診斷,，修復(fù)成本也很高昂。為避免出現(xiàn)故障風(fēng)險(xiǎn),，系統(tǒng)內(nèi)的電子器件,，要么本身必須具備承受這些浪涌的能力，要么就必須被謹(jǐn)慎得保護(hù)起來(lái),。

圖1 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的浪涌形式 

二,、傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)方式

傳統(tǒng)的過(guò)電壓（OV）和過(guò)流（OC）保護(hù)系統(tǒng)往往包括：用于過(guò)濾低能量尖峰的電容器和電感、用于過(guò)電壓保護(hù)的瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）,、用于直流過(guò)流保護(hù)的保險(xiǎn)絲,、用于電池反向保護(hù)的系列二極管等。

圖2 傳統(tǒng)保護(hù)架構(gòu)

盡管這些器件也在不斷改進(jìn),，但這些分立的解決方案體積龐大,、不夠精密，并且在持續(xù)故障期間會(huì)燒斷保險(xiǎn)絲,，可能引起以下這些更大范圍的停機(jī)和故障：

（1）吸收同樣的能量,，分立器件需要更大的體積。

（2）參數(shù)離散，例如同樣是SMB封裝的78V TVS,，其齊納擊穿電壓的范圍可達(dá)1V,。

（3）持續(xù)或直流的瞬變，可能會(huì)燒斷保險(xiǎn)絲或TVS,，需要人工維修,。

（4）用于反向保護(hù)而串聯(lián)在功率通路上的二極管，會(huì)增加損耗并且?guī)?lái)熱的問(wèn)題,。 

三,、ADI的革新技術(shù)——SURGE STOPPER

技術(shù)型授權(quán)代理商Excelpoint世健的工程師Alex Yang介紹了ADI的革新技術(shù)——SURGE STOPPER，SURGE STOPPER能夠?qū)崿F(xiàn)怎樣的功能呢,？

圖3 浪涌抑制器在汽車(chē)中的應(yīng)用

其功能的核心,，就是能夠保護(hù)負(fù)載端的電子系統(tǒng)免受高壓沖擊。并且在電涌施加在系統(tǒng)前端時(shí),，能夠確保系統(tǒng)不間斷運(yùn)行,。當(dāng)系統(tǒng)的前端供電出現(xiàn)持續(xù)的或是直流故障時(shí)，能夠斷開(kāi)負(fù)載連接,，直至前端供電重新正常,，保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)供電。另一方面,，假如后級(jí)出現(xiàn)故障,，例如過(guò)載和短路，那么SURGE STOPPER也同樣可以保護(hù)前端供電不會(huì)被故障的負(fù)載所拖垮,，可以干凈利落地切斷故障通道直至其恢復(fù)正常,。

在實(shí)現(xiàn)核心功能的基礎(chǔ)上，SURGE STOPPER在設(shè)計(jì)中考慮了很多細(xì)節(jié),。例如,，工程師可以對(duì)嵌位電壓進(jìn)行高精度的微調(diào)，而不需要被動(dòng)地去TVS選型表中選出最接近自己需求的器件,。這樣既便于工程師設(shè)計(jì)的更改和迭代,，也可以最大限度地減少過(guò)度設(shè)計(jì)，降低成本,。

根據(jù)市場(chǎng)需求,，ADI革新性地針對(duì)浪涌問(wèn)題研發(fā)了三類(lèi)產(chǎn)品，包括：線(xiàn)性浪涌抑制器,，開(kāi)關(guān)浪涌抑制器,，以及防護(hù)控制器,。除此之外,，ADI仍在不斷嘗試用新的思路解決浪涌問(wèn)題。 

線(xiàn)性浪涌抑制器

在正常運(yùn)行期間,，一個(gè)線(xiàn)性浪涌抑制器完全打開(kāi)MOSFET的溝道,，為負(fù)載電流提供一個(gè)低電阻路徑,。

當(dāng)輸入電源電壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，輸出電壓會(huì)被線(xiàn)性地調(diào)節(jié)到一個(gè)由電阻分壓器設(shè)置的安全電壓,，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)后級(jí)負(fù)載電路的目的,。

在保護(hù)狀態(tài)下，后級(jí)電路會(huì)保持工作狀態(tài),。

圖4 線(xiàn)性浪涌抑制器 

開(kāi)關(guān)浪涌抑制器

在正常運(yùn)行期間,，開(kāi)關(guān)浪涌抑制器完全打開(kāi)外部MOSFET，讓功率順利通過(guò)保護(hù)級(jí),，從而為后級(jí)負(fù)載供電,。

當(dāng)輸入電壓浪涌發(fā)生時(shí)，立刻切換工作模式,，將外部MOSFET作為一個(gè)高效率的BUCK穩(wěn)壓器的一部分,，通過(guò)限制輸出電壓和電流來(lái)保護(hù)關(guān)鍵的下游組件。

在保護(hù)狀態(tài)下,，后級(jí)電路會(huì)保持工作狀態(tài),。

圖5 開(kāi)關(guān)浪涌抑制器

保護(hù)控制器

保護(hù)控制器在供電電壓出現(xiàn)異常時(shí)立即斷開(kāi)連接，從而達(dá)到保護(hù)后級(jí)電路的目的,。

在保護(hù)狀態(tài)下,，后級(jí)電路會(huì)停止工作。

以L(fǎng)TC4368為例,，它可以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓（OV）,、欠壓（UV）、過(guò)流（OC）,、反向輸入（RI）四種保護(hù),，基本覆蓋了應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)的各種工況，為后級(jí)電路提供了完善的保護(hù)解決方案,。

圖6 LTC4368框圖

四,、產(chǎn)品舉例

Alex分享了ADI的一款線(xiàn)性浪涌抑制器LT4363。

圖7 LT4363的電路架構(gòu)

LT4363簡(jiǎn)介

它能通過(guò)控制一個(gè)外部N溝道MOSFET的柵極,，以在過(guò)壓過(guò)程中（比如：汽車(chē)應(yīng)用中的負(fù)載突降情況）調(diào)節(jié)輸出電壓,。輸出被限制在一個(gè)安全的數(shù)值上，從而允許負(fù)載持續(xù)運(yùn)作,。

LT4363還監(jiān)視SNS和OUT引腳之間的壓降,，以防止遭受過(guò)流故障的影響。

不管在哪種故障條件下,，定時(shí)器的起動(dòng)均與 MOSFET 應(yīng)力成反比,。在定時(shí)器終止操作之前，F(xiàn)LT 引腳將被拉至低電平，以發(fā)出“即將斷電”的警告,。如果該條件一直持續(xù),，則 MOSFET 將關(guān)斷。在復(fù)位之前,，LT4363-1 保持關(guān)斷,，而LT4363-2則在一個(gè)冷卻周期之后重新起動(dòng)。

兩個(gè)高精度比較器能監(jiān)視輸入電源的過(guò)壓（OV）和欠壓（UV）情況,。當(dāng)電壓低于UV門(mén)限時(shí),，外部MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)。假如輸入電源電壓高于OV門(mén)限,，則不允許MOSFET重新接通,。可以采用背對(duì)背MOSFET來(lái)代替肖特基二極管以提供反向輸入保護(hù),，從而減少壓降和功率損失,。一個(gè)停機(jī)引腳負(fù)責(zé)將停機(jī)期間的靜態(tài)電流減小至7μA以下。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

過(guò)壓故障

在過(guò)壓情況發(fā)生時(shí),，LT4363會(huì)通過(guò)控制MOSFET柵極電壓,，使得MOSFET工作在可  變電阻區(qū)，以保證輸出電壓采樣引腳FB上的電壓維持在1.275V,。從而達(dá)到,，將電壓嵌位在我們所設(shè)定的電壓上的目的。同時(shí),，如果過(guò)電壓現(xiàn)象持續(xù)存在,，則定時(shí)器會(huì)控制MOSFET關(guān)閉。

過(guò)流故障

當(dāng)出現(xiàn)短路或過(guò)流情況,，LT4363會(huì)控制GATE引腳,，以限制SNS和OUT引腳之間電流檢測(cè)電壓為50 mV。在輸出嚴(yán)重短路的情況下（一般指輸出電壓低于2V）,，電流檢測(cè)門(mén)限會(huì)由原來(lái)的50 mV降低至25mV,，以降低MOSFET上的功率應(yīng)力。如果故障仍然持續(xù),，則定時(shí)器會(huì)控制MOSFET關(guān)閉,。

MOSFET的選型

LT4363通過(guò)驅(qū)動(dòng)一個(gè)N溝道MOSFET來(lái)導(dǎo)電負(fù)載電流。MOSFET的重要參數(shù)是導(dǎo)通電阻RDS（ON）,，漏源極電壓的最大值V（BR）DSS,、柵極閾值電壓V（BR）GS以及SOA。

V（BR）DSS漏源極電壓的最大值:

V（BR）DSS漏源極電壓的最大值必須高于最高電源電壓,。如果在出現(xiàn)輸出短路接地或在過(guò)壓事件期間,，MOSFET的源漏極會(huì)承受全部供電電壓,。

V（BR）GS柵極驅(qū)動(dòng)電壓：

對(duì)于VCC供電在9V以上的應(yīng)用，通用型的所需的柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍在10V和16V之間,；對(duì)于VCC供電在9V以下的應(yīng)用，N溝道MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓,，不能低于4.5V,。

MOSFET的SOA：

SOA（Safe Operation Area）是所有MOSFET中的一個(gè)參數(shù)，以圖標(biāo)形式體現(xiàn)在規(guī)格書(shū)中,。其中體現(xiàn)出相關(guān)聯(lián)的三個(gè)參數(shù)的關(guān)系：Vds,、Id，以及時(shí)間T,。以典型應(yīng)用的中的N-MOSFET:FDB33N25為例：

圖8 場(chǎng)效應(yīng)管FDB33N25 的SOA曲線(xiàn)

在選擇MOSFET的SOA時(shí),，必須考慮所有故障條件下的情況；

在正常工作中,，溝道是完全開(kāi)著的,，所以損耗在MOSFET上的功率非常小,；

在出現(xiàn)過(guò)壓或是過(guò)流故障時(shí),，GATE引腳就會(huì)開(kāi)始控制MOSFET上DS兩端所承受的電壓或是流過(guò)MOSFET的電流。此時(shí)高電壓和大電流會(huì)同時(shí)存在于MOSFET當(dāng)中,，因此必須謹(jǐn)慎地依照SOA數(shù)據(jù)來(lái)確定故障定時(shí)器的設(shè)置,。

五、結(jié)語(yǔ)

LT4363只是ADI眾多浪涌抑制控制器系列中的一款,，在汽車(chē),、工業(yè)等復(fù)雜供電環(huán)境中，世健提供的ADI浪涌抑制器能夠幫助產(chǎn)品抵御惡劣的供電環(huán)境,，讓產(chǎn)品具備對(duì)抗各種浪涌傷害的能力,，為產(chǎn)品的可靠運(yùn)行保駕護(hù)航。

關(guān)于世健——亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商

世健是完整解決方案的供應(yīng)商,，為亞洲電子廠(chǎng)商包括原設(shè)備生產(chǎn)商(OEM),、原設(shè)計(jì)生產(chǎn)商(ODM)和電子制造服務(wù)提供商(EMS)提供優(yōu)質(zhì)的元器件、工程設(shè)計(jì)及供應(yīng)鏈管理服務(wù),。

世健與供應(yīng)商及電子廠(chǎng)商緊密協(xié)作,，為新的科技與趨勢(shì)作出定位，并幫助客戶(hù)把這些最先進(jìn)的科技揉合于他們的產(chǎn)品當(dāng)中,。集團(tuán)分別在新加坡,、中國(guó)及越南設(shè)有研發(fā)中心，專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)造新的解決方案,，幫助客戶(hù)提高成本效益并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設(shè)計(jì)可應(yīng)用于工業(yè),、無(wú)線(xiàn)通信及消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

世健是新加坡的主板上市公司,，總部設(shè)于新加坡,，擁有約650名員工，業(yè)務(wù)范圍已擴(kuò)展至亞太區(qū)40多個(gè)城市和地區(qū),，遍及新加坡,、馬來(lái)西亞、泰國(guó),、越南,、中國(guó)、印度,、印度尼西亞,、菲律賓及澳大利亞等十多個(gè)國(guó)家。世健集團(tuán)在2020年的年?duì)I業(yè)額超過(guò)11億美元,。1993年,，世健在香港設(shè)立區(qū)域總部——世健系統(tǒng)（香港）有限公司，正式開(kāi)始發(fā)展中國(guó)業(yè)務(wù),。目前,，世健在中國(guó)擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國(guó)主要大中型城市,。憑借專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì),、頂尖的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持以及豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，世健在中國(guó)業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位,。