幾種強大的工業(yè)電源路徑保護方法

任何電子系統(tǒng)經(jīng)常遭受惡劣的環(huán)境和威脅，如靜電放電（ESD）、電快速瞬變（EFT）和雷電浪涌。電源設計人員必須優(yōu)先考慮電路保護以防止系統(tǒng)故障，特別是對于具有24V電源軌的工業(yè)應用。

電路保護方案能夠保護電源和整個系統(tǒng)免受諸如過電流、短路、輸入浪涌電流、過電壓、欠電壓、輸入反極性保護（通常稱為誤配線）和反向電流阻塞的事件的影響。

在本博客中，我將概述幾種強大的工業(yè)電源路徑保護方法，包括離散實現(xiàn)、熱插拔和ORing控制器法及集成實現(xiàn)。

離散實現(xiàn)

圖1：離散保護方案

離散實現(xiàn)方案是功率路徑中使用保護方案的最傳統(tǒng)的功率路徑保護方式，圖1展示一個示例。

離散實現(xiàn)使用串聯(lián)功率二極管來保護系統(tǒng)免受反極性（誤配線）和反向電流。若電路吸收2A的電流，它在二極管上消耗約1W的功率，這將增加電路板溫度。諧振電路（L-C）濾波器和多個TVS二極管在浪涌測試期間控制輸入線瞬變（國際電工委員會（IEC）61000-4-5）。

該實現(xiàn)利用PFET（高側開關）及雙極結型晶體管BJT、運算放大器、齊納二極管、電阻器和電容器來滿足所有保護要求。該系統(tǒng)解決方案體積大，并且具有更大的物料清單（BOM）計數(shù)。此外，該實現(xiàn)不涉及熱關斷保護和電流限制精度隨溫度的變化。

通過使用傳統(tǒng)的保險絲，離散實現(xiàn)保護系統(tǒng)免受短路事件。短路期間，熔斷器需要幾毫秒到幾秒鐘的時間來斷開，這可能會損壞負載。請務必查看我的同行的博客，了解有關保險絲升級的更多信息。

熱插拔與ORing控制器法

圖2：控制器+ MOSFET保護方案

如圖2所示的電源保護的另一種常見方法是使用熱插拔控制器和ORing控制器。該方案使用外部FET，使設計更高效可靠。不幸的是，這種實現(xiàn)仍然存在挑戰(zhàn)，如控制外部FET、外部感測電阻，及實現(xiàn)用于輸入反極性保護的附加電路。由于外部FET架構，此實現(xiàn)難以管理熱和安全操作區(qū)域（SOA）保護。盡管該解決方案優(yōu)于離散實現(xiàn)，但它不適用于諸如輸入/輸出（I / O）模塊的空間受限系統(tǒng)。

集成實施（eFuse）

圖3：集成保護方案

另一方面，如圖3所示，假設除了一些組件（如瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管、電阻和電容）外，您的整個離散實現(xiàn)在一個集成器件中消失。這真的很酷，不是嗎？eFuse通常將上述所有保護功能集成到單個設備中，極其有效且在設計時無需花費過多時間。除了電源路徑保護外，EFuses還集成了電壓、電流監(jiān)控和故障指示等功能，用于系統(tǒng)診斷。

FET的SOA保護和強大的熱保護確保eFuse的保護以及惡劣環(huán)境中的負載。它也適用于空間受限應用，因為集成有助于將系統(tǒng)解決方案減少到一半以上。

這些類型的解決方案之一是TPS2660，業(yè)界首款60V背靠背FET集成eFuse。您的新設計中絕對值得考慮這一設備，因為它支持防沖擊電流、過流、短路、輸入反極性保護（誤接線）、過電壓和欠電壓條件的保護。它還提供用于系統(tǒng)診斷的電流監(jiān)視和故障指示。集成60V背對背FET架構使您能夠設計可靠電路，并保護負載免受工業(yè)標準測試，如浪涌（IEC 61000-4-5）、EFT（IEC 61000-4-4），及符合IEC 61131-2的電壓驟降和中斷測試。

穩(wěn)健和高效的電源保護方案對于電子系統(tǒng)設計至關重要。使用集成保護設備，設計人員可以更簡單，更高效地創(chuàng)建自己的系統(tǒng)，且可更快上市。若您的設計針對24V電源軌使用電源路徑保護，您可先人一步，通過輸入保護和備用電源參考設計，開始設計25W PLC控制器單元。

審核編輯：何安淇