保護(hù)移動(dòng)設(shè)備免受熱插拔瞬變和使用錯(cuò)誤電源適配器的用戶(hù)的影響

智能手機(jī)、平板電腦和數(shù)碼相機(jī)等電池供電的移動(dòng)設(shè)備已成為現(xiàn)代生活方式不可或缺的一部分。越來(lái)越多的功能被壓縮到越來(lái)越小的外形中，以無(wú)休止地追求更多的移動(dòng)性。移動(dòng)設(shè)備的激增催生了相應(yīng)數(shù)量的電源適配器來(lái)為電池充電并為設(shè)備供電：從交流墻上插座、汽車(chē)電池適配器、USB 端口甚至移動(dòng)太陽(yáng)能電池板。盡管許多適配器使用類(lèi)似的插頭，但它們的電氣規(guī)格可能大不相同。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員被迫采用保護(hù)電路來(lái)保護(hù)低電壓額定電子設(shè)備免受瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓的影響。

電源適配器中的故障或故障可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)壓事件。將適配器熱插拔到移動(dòng)設(shè)備的電源輸入端也是如此（參見(jiàn)凌力爾特應(yīng)用筆記88）。隨著通用連接器的普及，用戶(hù)也可能在不知不覺(jué)中插入錯(cuò)誤的適配器，從而損壞電源電壓過(guò)高甚至為負(fù)的設(shè)備。LTC4360、LTC4361 和 LTC4362 能夠以極少的組件針對(duì)上述故障情況提供保護(hù)。 有關(guān)這些器件的比較，請(qǐng)參閱表 1。

LTC4360 和 LTC4361 通過(guò)控制一個(gè)配置為調(diào)整管的低成本外部 N 溝道 MOSFET，保護(hù)低電壓電子器件免受過(guò)壓情況的影響。LTC4362 通過(guò)集成一個(gè)內(nèi)部 28V、71mΩ R 實(shí)現(xiàn)了更小的 PCB 占板面積DS（ON）MOSFET 和一個(gè) 31mΩ 檢測(cè)電阻。

LTC4360 和 LTC4361 能夠承受高達(dá) 85V 的電壓（輸入、檢測(cè)和柵極）。對(duì)于所有三個(gè)器件，IN都不需要高壓旁路電容器，從而消除了潛在的故障點(diǎn)。OUT所需的低壓電容器也是下游電路的旁路電容器。它有助于在快速過(guò)壓期間減慢 OUT 處的 dV/dt，從而允許保護(hù)部分有時(shí)間在 V 之前關(guān)斷 MOSFET外過(guò)沖到危險(xiǎn)的電壓。這些特性使這些器件成為一些非常堅(jiān)固而簡(jiǎn)單的過(guò)壓保護(hù)電路的通用構(gòu)建模塊。

操作

當(dāng)首次通電或通過(guò)拉低導(dǎo)通激活器件時(shí)，將啟動(dòng)一個(gè) 130ms 的延遲周期。IN（V在< 2.1V 或 V在> 5.7V）重新啟動(dòng)延遲周期。這允許 MOSFET 將輸出與啟動(dòng)時(shí)發(fā)生的任何輸入瞬變隔離開(kāi)來(lái)。當(dāng)延遲周期結(jié)束時(shí)，MOSFET 由一個(gè)受控的 3V/ms 柵極斜坡導(dǎo)通。輸出電容的電壓斜坡跟隨柵極斜坡的斜率，并將電源浪涌電流設(shè)置為：

當(dāng)GATE斜坡上升時(shí)，它觸發(fā)一個(gè)內(nèi)部柵極高閾值（V為7.2V）在= 5V），開(kāi)始一個(gè)65ms的延遲周期。延遲后，PWRGD置位低電平，表示MOSFET已完全增強(qiáng)。一個(gè)內(nèi)部電路將柵極箝位在高于 OUT 的 6V 電壓，以保護(hù) MOSFET 柵極。

當(dāng) V在升至高于 2% 精度的過(guò)壓門(mén)限 5.8V 時(shí)，GATE 引腳上的 30mA 快速下拉在 1μs 內(nèi)被激活，PWRGD 下拉被釋放。在過(guò)壓條件之后，MOSFET 保持關(guān)閉，直到 V在再次保持在5.7V以下，持續(xù)130ms。

除了過(guò)壓保護(hù)之外，LTC4361 和 LTC4362 還具有過(guò)流保護(hù)功能，以保護(hù)調(diào)整 MOSFET 免受過(guò)大電流的影響。LTC4361 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)準(zhǔn)確度為 10% 的 50mV 電子電路斷路器門(mén)限和一個(gè) 10μs 毛刺濾波器。A 50mΩ R意義IN和SENSE之間的連接實(shí)現(xiàn)了1A過(guò)流門(mén)限，如圖1所示。LTC4362 實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部電流檢測(cè)，并具有一個(gè)準(zhǔn)確度為 20% 的 1.5A 過(guò)流門(mén)限和一個(gè) 10μs 毛刺濾波器。與過(guò)壓一樣，過(guò)流激活GATE上的30mA快速下拉并釋放PWRGD下拉。在一個(gè)過(guò)流故障之后，LTC4361-1 和 LTC4362-1 閉鎖，而 LTC4361-2 和 LTC4362-2 在一個(gè) 130ms 延遲之后自動(dòng)重新啟動(dòng)。

圖1.5V 系統(tǒng)，可防止 ±24V 電源和過(guò)流。

如圖1所示，由GATEP引腳驅(qū)動(dòng)的可選P溝道MOSFET提供低至BV的低損耗負(fù)輸入電壓保護(hù)DSS的場(chǎng)效應(yīng)管。GATEP 齊納的內(nèi)部輸入通過(guò)鉗位其 V 來(lái)保護(hù) MOSFET 柵極一般事務(wù)人員V 時(shí)至 5.8V在走高。

另一個(gè)特性是CMOS兼容的低電平有效使能輸入導(dǎo)通。當(dāng)導(dǎo)通主動(dòng)拉至地或保持開(kāi)路以利用其內(nèi)部 5μA 下拉低時(shí)，器件工作正常。如果在 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)將導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)為高電平，則柵極被拉低，具有一個(gè)較弱的下拉電流 （40μA） 以逐漸關(guān)斷 MOSFET，從而最大限度地減小輸入電壓瞬變。然后，該器件進(jìn)入低電流休眠模式，在IN處僅吸收1.5μA電流。

輸入瞬變

圖 2 示出了 LTC4361 用于保護(hù)移動(dòng)設(shè)備電源輸入的電路。L在和 R在對(duì)墻上適配器、適配器電纜和連接器中的累積寄生電感和電阻進(jìn)行建模。20V 墻上適配器的輸出熱插拔到設(shè)備中，以模擬使用錯(cuò)誤適配器的意外插入。為了進(jìn)行前后比較，LTC4361，R意義和MOSFET被移除，并重復(fù)相同的熱插拔，IN短路到OUT。圖3比較了兩種熱插拔波形。由于 IN 引腳上的低電容，LTC4361 電路的情況幾乎沒(méi)有過(guò)沖和浪涌電流。額定電壓更高的 MOSFET 可用于保護(hù)系統(tǒng)免受高達(dá) BV 的更高瞬態(tài)或直流電壓的影響DSS的場(chǎng)效應(yīng)管。例如，具有 60V BV 的 MOSFETDSS與 LTC4361 配合使用時(shí)，能夠在 IN 上承受高達(dá) 60V 的瞬態(tài)和 DC 電壓。

圖2.電壓適配器為移動(dòng)設(shè)備充電的典型電路。

圖3.具有或不具有 LTC4361 保護(hù)功能的熱插拔波形。

圖4中的電路說(shuō)明了移動(dòng)設(shè)備電源輸入時(shí)可能發(fā)生的最壞情況過(guò)壓情況。在具有雙電源輸入的設(shè)備中，20V 墻上適配器被錯(cuò)誤地?zé)岵迦?5V 適配器輸入，而 5V USB 輸入已經(jīng)激活。LTC4360 可快速檢測(cè) IN 處的過(guò)壓并切斷 MOSFET。但是在L中積聚的大電流在在IN處引起電感尖峰。雪崩擊穿額定MOSFET的體二極管擊穿，將該能量釋放到C外，箝位電壓約為 40V，遠(yuǎn)低于 IN 可以承受的 85V。如果超過(guò)MOSFET的雪崩能力或V時(shí)的電壓上升外由于L中能量的釋放在成 C外是不可接受的，可以在IN和GND之間放置一個(gè)額外的外部箝位，如SMAJ24A。

圖4.20V適配器插入5V系統(tǒng)時(shí)的過(guò)壓保護(hù)波形。

結(jié)論

LTC4360 和 LTC4361 過(guò)壓保護(hù)控制器采用小尺寸和低成本的外部 N 溝道 MOSFET，而 LTC4362 則將此 MOSFET 集成到一個(gè) 2mm × 3mm DFN 封裝中。雖然這些過(guò)壓保護(hù)電路占用的PCB空間非常小，但它們具有豐富的功能，如輸入側(cè)的85V額定值和過(guò)壓或過(guò)流時(shí)的快速響應(yīng)。此外，下游電路具有PWRGD狀態(tài)標(biāo)志，并具有CMOS兼容輸入啟用的低功耗模式，可在必要時(shí)節(jié)省電池電量。LTC4360、LTC4361 和 LTC4362 在移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部的敏感電子元件與現(xiàn)實(shí)生活中的事故（如故障、不合格的電源適配器或用戶(hù)心不在焉地插入錯(cuò)誤的適配器）之間形成了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效且堅(jiān)固的屏障。

審核編輯：郭婷