【導讀】汽車
、工(gong)業(ye)和(he)航(hang)空(kong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)所(suo)處(chu)的(de)供(gong)電(dian)環(huan)境(jing)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)
，在(zai)這(zhe)種(zhong)惡(e)劣(lie)的(de)供(gong)電(dian)環(huan)境(jing)中(zhong)運(yun)行(xing)，需(xu)要(yao)具(ju)備(bei)對(dui)抗(kang)各(ge)種(zhong)浪(lang)湧(yong)傷(shang)害(hai)的(de)能(neng)力(li)。以(yi)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)供(gong)電(dian)應(ying)用(yong)為(wei)例(li)，該(gai)係(xi)統(tong)不(bu)但(dan)需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)要(yao)求(qiu)，還(hai)需(xu)要(yao)應(ying)對(dui)相(xiang)對(dui)不(bu)太(tai)穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)，具(ju)有(you)一(yi)定(ding)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)；與車輛電池連接的電子和機械係統的差異性，也可能導致標稱12 V電源出現大幅電壓偏移。

一、複雜的電子環境

汽車、工(gong)業(ye)和(he)航(hang)空(kong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)所(suo)處(chu)的(de)供(gong)電(dian)環(huan)境(jing)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)
，在(zai)這(zhe)種(zhong)惡(e)劣(lie)的(de)供(gong)電(dian)環(huan)境(jing)中(zhong)運(yun)行(xing)，需(xu)要(yao)具(ju)備(bei)對(dui)抗(kang)各(ge)種(zhong)浪(lang)湧(yong)傷(shang)害(hai)的(de)能(neng)力(li)。以(yi)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)供(gong)電(dian)應(ying)用(yong)為(wei)例(li)，該(gai)係(xi)統(tong)不(bu)但(dan)需(xu)要(yao)滿(man)足(zu)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)要(yao)求(qiu)，還(hai)需(xu)要(yao)應(ying)對(dui)相(xiang)對(dui)不(bu)太(tai)穩(wen)定(ding)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)，具(ju)有(you)一(yi)定(ding)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)；與車輛電池連接的電子和機械係統的差異性，也可能導致標稱12 V電源出現大幅電壓偏移。

事實上，在一定時間段內
，12 V電源的變化範圍為–14 V至+35 V
，且可能出現+150 V至–220 Vdedianyafengzhi。zhezhonghengaodeshuntaidianyazaiqichehegongyexitongshichangjiande
，keyichijiucongweimiaodaojibaihaomiao，zhejiangdailaijudadenengliang。zheqizhongyouxielangyongheshunbianzairichangshiyongzhongchuxian，qitazeshiyinweiguzhanghuorenweicuowudaozhi。

無(wu)論(lun)起(qi)因(yin)為(wei)何(he)，它(ta)們(men)對(dui)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)造(zao)成(cheng)的(de)損(sun)害(hai)難(nan)以(yi)診(zhen)斷(duan)
，修(xiu)複(fu)成(cheng)本(ben)也(ye)很(hen)高(gao)昂(ang)。為(wei)避(bi)免(mian)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)風(feng)險(xian)，係(xi)統(tong)內(nei)的(de)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)，要(yao)麼(me)本(ben)身(shen)必(bi)須(xu)具(ju)備(bei)承(cheng)受(shou)這(zhe)些(xie)浪(lang)湧(yong)的(de)能(neng)力(li)
，要(yao)麼(me)就(jiu)必(bi)須(xu)被(bei)謹(jin)慎(shen)得(de)保(bao)護(hu)起(qi)來(lai)。

圖1 工業現場常見的浪湧形式

二
、傳統的應對方式

傳統的過電壓（OV）和過流（OC）保護係統往往包括：用於過濾低能量尖峰的電容器和電感
、用於過電壓保護的瞬態電壓抑製器（TVS）、用於直流過流保護的保險絲
、用於電池反向保護的係列二極管等。

圖2 傳統保護架構

盡管這些器件也在不斷改進，但這些分立的解決方案體積龐大、不夠精密
，並且在持續故障期間會燒斷保險絲，可能引起以下這些更大範圍的停機和故障：

（1）吸收同樣的能量，分立器件需要更大的體積。

（2）參數離散
，例如同樣是SMB封裝的78V TVS
，其齊納擊穿電壓的範圍可達1V。

（3）持續或直流的瞬變
，可能會燒斷保險絲或TVS
，需要人工維修。

（4）用於反向保護而串聯在功率通路上的二極管
，會增加損耗並且帶來熱的問題。

三、ADI的革新技術——SURGE STOPPER

技術型授權代理商Excelpoint世健的工程師Alex Yang介紹了ADI的革新技術——SURGE STOPPER
，SURGE STOPPER能夠實現怎樣的功能呢？

圖3 浪湧抑製器在汽車中的應用

其(qi)功(gong)能(neng)的(de)核(he)心(xin)
，就(jiu)是(shi)能(neng)夠(gou)保(bao)護(hu)負(fu)載(zai)端(duan)的(de)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)免(mian)受(shou)高(gao)壓(ya)衝(chong)擊(ji)。並(bing)且(qie)在(zai)電(dian)湧(yong)施(shi)加(jia)在(zai)係(xi)統(tong)前(qian)端(duan)時(shi)，能(neng)夠(gou)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)不(bu)間(jian)斷(duan)運(yun)行(xing)。當(dang)係(xi)統(tong)的(de)前(qian)端(duan)供(gong)電(dian)出(chu)現(xian)持(chi)續(xu)的(de)或(huo)是(shi)直(zhi)流(liu)故(gu)障(zhang)時(shi)，能(neng)夠(gou)斷(duan)開(kai)負(fu)載(zai)連(lian)接(jie)，直(zhi)至(zhi)前(qian)端(duan)供(gong)電(dian)重(zhong)新(xin)正(zheng)常(chang)，保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)恢(hui)複(fu)供(gong)電(dian)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，假(jia)如(ru)後(hou)級(ji)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)

，例(li)如(ru)過(guo)載(zai)和(he)短(duan)路(lu)，那(na)麼(me)SURGE STOPPER也同樣可以保護前端供電不會被故障的負載所拖垮，可以幹淨利落地切斷故障通道直至其恢複正常。

在實現核心功能的基礎上，SURGE STOPPER在設計中考慮了很多細節。例如，工程師可以對嵌位電壓進行高精度的微調，而不需要被動地去TVS選型表中選出最接近自己需求的器件。這樣既便於工程師設計的更改和迭代
，也可以最大限度地減少過度設計
，降低成本。

根據市場需求
，ADI革新性地針對浪湧問題研發了三類產品，包括：線性浪湧抑製器


，開關浪湧抑製器，以及防護控製器。除此之外
，ADI仍在不斷嚐試用新的思路解決浪湧問題。

線性浪湧抑製器

在正常運行期間
，一個線性浪湧抑製器完全打開MOSFET的溝道，為負載電流提供一個低電阻路徑。

當輸入電源電壓出現波動時，輸出電壓會被線性地調節到一個由電阻分壓器設置的安全電壓，從而實現保護後級負載電路的目的。

在保護狀態下，後級電路會保持工作狀態。

圖4 線性浪湧抑製器

開關浪湧抑製器

在正常運行期間
，開關浪湧抑製器完全打開外部MOSFET，讓功率順利通過保護級，從而為後級負載供電。

當輸入電壓浪湧發生時，立刻切換工作模式，將外部MOSFET作為一個高效率的BUCK穩壓器的一部分
，通過限製輸出電壓和電流來保護關鍵的下遊組件。

在保護狀態下
，後級電路會保持工作狀態。

圖5 開關浪湧抑製器

保護控製器

保護控製器在供電電壓出現異常時立即斷開連接
，從而達到保護後級電路的目的。

在保護狀態下，後級電路會停止工作。

以LTC4368為例
，它可以實現過壓（OV）
、欠壓（UV）、過流（OC）、反向輸入（RI）四種保護，基本覆蓋了應用現場會出現的各種工況


，為後級電路提供了完善的保護解決方案。

圖6 LTC4368框圖

四
、產品舉例

Alex分享了ADI的一款線性浪湧抑製器LT4363。

圖7 LT4363的電路架構

LT4363簡介

它能通過控製一個外部N溝道MOSFET的柵極，以在過壓過程中（比如：汽車應用中的負載突降情況）調節輸出電壓。輸出被限製在一個安全的數值上，從而允許負載持續運作。

LT4363還監視SNS和OUT引腳之間的壓降，以防止遭受過流故障的影響。

不管在哪種故障條件下
，定時器的起動均與 MOSFET 應力成反比。在定時器終止操作之前
，FLT 引腳將被拉至低電平，以發出“即將斷電”的警告。如果該條件一直持續，則 MOSFET 將關斷。在複位之前，LT4363-1 保持關斷，而LT4363-2則在一個冷卻周期之後重新起動。

兩個高精度比較器能監視輸入電源的過壓（OV）和欠壓（UV）情況。當電壓低於UV門限時


，外部MOSFET保持關斷狀態。假如輸入電源電壓高於OV門限，則不允許MOSFET重新接通。可以采用背對背MOSFET來代替肖特基二極管以提供反向輸入保護
，從而減少壓降和功率損失。一個停機引腳負責將停機期間的靜態電流減小至7μA以下。

設計要點

過壓故障

在過壓情況發生時，LT4363會通過控製MOSFET柵極電壓
，使得MOSFET工作在可 變電阻區

，以保證輸出電壓采樣引腳FB上的電壓維持在1.275V。從而達到，將電壓嵌位在我們所設定的電壓上的目的。同時，如果過電壓現象持續存在，則定時器會控製MOSFET關閉。

過流故障

當出現短路或過流情況，LT4363會控製GATE引腳
，以限製SNS和OUT引腳之間電流檢測電壓為50 mV。在輸出嚴重短路的情況下（一般指輸出電壓低於2V），電流檢測門限會由原來的50 mV降低至25mV
，以降低MOSFET上的功率應力。如果故障仍然持續，則定時器會控製MOSFET關閉。

MOSFET的選型

LT4363通過驅動一個N溝道MOSFET來導電負載電流。MOSFET的重要參數是導通電阻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於最高電源電壓。如果在出現輸出短路接地或在過壓事件期間，MOSFET的源漏極會承受全部供電電壓。

V（BR）GS柵極驅動電壓：

對於VCC供電在9V以上的應用，通用型的所需的柵極驅動電壓範圍在10V和16V之間
；對於VCC供電在9V以下的應用，N溝道MOSFET的柵極驅動電壓
，不能低於4.5V。

MOSFET的SOA：

SOA（Safe Operation Area）是所有MOSFET中的一個參數
，以圖標形式體現在規格書中。其中體現出相關聯的三個參數的關係：Vds、Id，以及時間T。以典型應用的中的N-MOSFET:FDB33N25為例：

圖8 場效應管FDB33N25 的SOA曲線

在選擇MOSFET的SOA時
，必須考慮所有故障條件下的情況；

在正常工作中，溝道是完全開著的，所以損耗在MOSFET上的功率非常小；

在出現過壓或是過流故障時
，GATE引腳就會開始控製MOSFET上DS兩端所承受的電壓或是流過MOSFET的電流。此時高電壓和大電流會同時存在於MOSFET當中，因此必須謹慎地依照SOA數據來確定故障定時器的設置。

五、結語

LT4363隻是ADI眾多浪湧抑製控製器係列中的一款，在汽車
、工業等複雜供電環境中
，世健提供的ADI浪湧抑製器能夠幫助產品抵禦惡劣的供電環境，讓產品具備對抗各種浪湧傷害的能力，為產品的可靠運行保駕護航。

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