【導讀】傳chuan統tong上shang，過guo流liu保bao護hu使shi用yong的de是shi保bao險xian絲si。但dan是shi，保bao險xian絲si體ti積ji龐pang大da，響xiang應ying速su度du慢man

，跳tiao閘zha電dian流liu公gong差cha大da，需xu要yao在zai一yi次ci或huo幾ji次ci跳tiao閘zha後hou更geng換huan。本ben文wen介jie紹shao一yi種zhong外wai形xing緊jin湊cou、纖薄、響應速度快的10 A電子保險絲
，它沒有上述這些無源保險絲缺點。電子保險絲可在高達48 V的DC電源軌上提供過流保護。

簡介

為wei了le盡jin量liang減jian少shao由you電dian氣qi故gu障zhang引yin起qi的de係xi統tong停ting機ji時shi間jian，使shi用yong率lv高gao的de電dian源yuan或huo全quan年nian無wu休xiu的de係xi統tong需xu要yao在zai供gong電dian板ban上shang增zeng加jia過guo載zai和he短duan路lu保bao護hu。當dang電dian源yuan為wei多duo個ge子zi係xi統tong或huo板ban（例如RF功率放大器陣列或基於背板的服務器和路由器）gongdianshi，bixuweidianyuantigongguoliubaohu。kuaisuduankaifashengguzhangdezixitongyugongxiangdianyuanzongxianzhijiandelianjie
，baozhengyuxiadezixitongnenggoujixuzhengchangyunxing
，wuxuzhongxinqidonghuolixian。

傳統的過流保護(OCP)是基於保險絲，但它們體積龐大、響應緩慢

、公差大，並且在一次或多次跳閘後就需要更換。適用於DC電源的集成電路OCP解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，也(ye)被(bei)稱(cheng)為(wei)電(dian)子(zi)斷(duan)路(lu)器(qi)或(huo)電(dian)子(zi)熔(rong)斷(duan)器(qi)，則(ze)克(ke)服(fu)了(le)這(zhe)些(xie)保(bao)險(xian)絲(si)缺(que)點(dian)。為(wei)了(le)節(jie)省(sheng)電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)
，並(bing)具(ju)備(bei)無(wu)源(yuan)保(bao)險(xian)絲(si)的(de)簡(jian)單(dan)性(xing)
，電(dian)子(zi)保(bao)險(xian)絲(si)中(zhong)包(bao)含(han)功(gong)率(lv)MOSFET開關，控製電路也集成在相同的封裝中。

帶內部功率MOSFET的浪湧抑製器

浪湧抑製器是一種集成電路裝置，用於控製電源線路中的N通道功率MOSFET，後者置於DC電源（例如12 V、24 V或48 V）hexuyaodiyushurudianyahefuzaidianliulangyongdexitongdianziqijianzhijian。neizhishuchudianliuheshuchudianyaxianzhishilangyongyizhiqinengbaohufuzaidianzibushougaoyashurulangyongyingxiang
，bingbaohudianyuanmianyuzaoshouxiayouguozaiheduanlu。ketiaodingshiqizaidianyahuodianliulangyongxianzhishijianqijianjihuo
，baozhengxitongbuduandian
，lianxuyunxing
，yiyingduiduanzanguzhang。

如果故障的持續時間超過定時器時間

，則係統斷電。

LTC4381是首款帶有內部功率MOSFET的浪湧抑製器。它可以采用高達72 V的供電電壓，但僅消耗6 µA靜態電流。內部功率MOSFET提供100 V漏源擊穿電壓(BVDSS)和9 mΩ導通電阻(RDS(ON))，可以支持高達100 V的輸入浪湧和10 A應用。LTC4381提供四個選項，可以選擇故障重啟行為和固定或可調的輸出鉗位電壓。

圖1.48 V、10 A電子保險絲和LTC4381

LTC4381的浪湧抑製器功能易於擴展，可以作為電子保險絲使用。圖1顯示48 V、10 A電子保險絲應用中的LTC4381-4

，該應用保護電源不受輸出端的過載或短路影響。正常運行期間
，輸出VOUT通過內部功率MOSFET和外部檢測電阻RSNS連接到電源輸入VIN。在輸出過載或短路期間，當RSNS壓降超過50 mV電流限值閾值時，TMR引腳電容電壓開始從0 V上升
，內部MOSFET在TMR電壓達到1.215 V時關閉（稍後詳細介紹）。4 mΩ RSNS將典型過流閾值設置為12.5 A (50 mV/4 mΩ)，最小閾值設置為11.25 A (45 mV/4 mΩ)
，為10 A負載電流提供足夠餘量。

圖2.LTC4381 10 A保險絲電路采用(a) 48 V（左）和(b) 60 V（右）電源啟動220 µF負載電容

由於返回電路的電路或電纜的寄生電感，當內部MOSFET開關在電流流動期間關閉時，輸入電壓會急漲至標稱工作電壓以上。齊納D1保護LTC4381 VCC引腳的80 V絕對最大額定值
，而D2保護內部100 V MOSFET不受雪崩影響。D1也將輸出鉗位電壓設置到66.5 V (56 V + 10.5 V)
，以防不使用D2。R1和C1過濾VIN升高和下降。如果有電容接近LTC4381限製電壓尖峰，低於80 V
，則VCC引腳可以直接連接至VIN。在這種情況下，可以取消使用D1、D2、R1和C1。

正常運行期間
，有10 A流過內部MOSFET時，LTC4381的初始壓降為90 mV，功耗為900 mW。但是，在室溫環境下
，這種功耗會使DC2713A-D評估板上的LTC4381封裝的溫度升高到約100°C，達到RDS(ON)的兩倍
，且使壓降升高到180 mV。4 mΩ檢測電阻在10 A時再度下降40 mV。可能需要消耗更多的銅
，特別是在SNS節點，以降低LTC4381的升溫。DC2713A-D SNS節點使用2.5 cm2 2盎司銅，這些銅均勻分布在板的兩個外層上，上述信息作為參考。

圖3.LTC4381 MOSFET的安全工作區域。

啟動行為

當ON引腳不與地相接後，圖1中的電路啟動一個220 µF負載電容，如圖2所示
，適用於48 V和60 V電源。假設60 V為48 V電源工作範圍的上限。假設啟動期間沒有額外的負載電流的情況下，220 µF是這個10 A電流能夠安全充電的最大負載電容。當220 µF電容按照12.5 A電流限值充電至60 V時，湧入時間為220 µF × 60 V/12.5 A = 1.06 ms。LTC4381 MOSFET的安全工作區域(SOA)圖，如圖3所示，顯示在12.5 A和30 V下它可以正常運行1 ms。之所以使用30 V，是因為它是平均輸入-輸出差分電壓
，開始時為60 V，之後降至0 V。

由於沒有GATE引腳電容來減緩其斜坡速率，在得到控製之前
，輸出在2毫秒內充電，湧入電流達到17 A峰值，超過電流限值閾值（參見圖2）。LTC4381具有50 mV電流限值檢測閾值，或者當OUT引腳的電壓>3 V，采用4 mΩ檢測電阻時為12.5 A，但當OUT引腳的電壓<1.5 V（如圖4所示）時

，它會升高到62 mV或15.5 A。該圖還表明
，在啟動過程中，如果檢測電阻中的電子負載電流降低超過20 mV（4 mΩ時5 A）
，輸出會保持在2 V（且TMR超時）。

圖2中的波形顯示
，因為缺少保持環路穩定所需的47 nF柵極電容，所以反而會對湧入電流脈衝實施調節。事實上
，在60 V湧入期間，電流會斷開約0.5 ms。LTC4381 TMR上拉電流與內部MOSFET的功耗成正比。因此，即使電流低於電流限值閾值，在啟動湧入期間，TMR也會升高。我們故意去掉柵極電容，以使用小型TMR電容，使220 µF負載電容仍能成功啟動。在短路故障期間
，小型TMR電容會保護MOSFET
，這一點我們將在下一節詳細介紹。

最小的TMR電容為68 nF，在60 V啟動期間保持TMR電壓上升到0.7 V左右。例如
，選擇47 nF的TMR電容
，允許TMR在60 V啟動期間達到1.15 V，這非常接近1.215 V柵極關斷閾值。選擇0.7 V峰值TMR目標電壓，以從1.215 V柵極關斷閾值提供足夠餘量，同時采用以下這些公差：TMR上拉電流±50%（LTC4381數據手冊中的ITMR(UP)規格），TMR電容±10%
，1.215 V TMR柵極關斷閾值±3%（VTMR(F)規格）。

圖4.LTC4381電流限值與輸出電壓

表1列出了推薦最大負載電容使用的TMR電容，以在60 V啟動期間將TMR電壓升高限製在0.7 V左右。

表1.推薦用於CLOAD(MAX)的CTMR。

輸出短路行為

圖1中的電路主要用於保護上遊電源，無論是在啟動或正常運行期間，保護電源不受過載和短路等下遊故障影響。圖5顯示在輸出端存在短路時，LTC4381啟動其MOSFET。柵極電壓（藍色曲線）升高。超過3 V閾值電壓時，MOSFET開啟，電流（綠色曲線）開始流動。由於輸出短路，且沒有柵極電容，MOSFET電路迅速升高，超過0 V輸出時的15.5 A電流限值閾值，並在LTC4381做出反應
，下拉MOSFET柵極和關斷電流流動之前達到21 A峰值。電流超出15.5 A的時間持續不到50 µs。由於MOSFET中短暫的功耗，TMR電壓（紅色曲線）升高約200 mV。由於TMR遠低於1.215 V柵極關斷閾值
，柵極再次打開，導致出現另一個電流尖峰。在每一個電流尖峰位置
，TMR電壓升高至接近1.215 V。

圖5.啟動48 V電源的LTC4381進入輸出短路

在經曆幾次這樣的電流尖峰後
，TMR電壓達到1.215 V柵極關斷閾值，MOSFET保持關閉。TMR現在進入冷卻周期，LTC4381-4不允許MOSFET再次開啟，直到冷卻周期完成。根據LTC4381數據手冊中的公式8
，68 nF TMR電容的冷卻周期時長為33.3 × 0.068 = 2.3 s。由於LTC4381-4自動重試，這樣的電流尖峰和冷卻周期模式將無限次重複，直到輸出短路被清除。在正常操作期間（即，輸出已啟動）如果發生輸出短路
，該模式將重複出現。注意
，除非添加4 µH輸入電軌電感，否則LTspice®模擬不會顯示如圖5所示的行為。

結論

LTC4381的內部功率MOSFET為48 V、10 A係統的電子保險絲或斷路器提供緊湊電路。如此，在設計階段無需花費時間選擇功率MOSFET。LTC4381 MOSFET的SOA經過生產測試，每個器件都可以保證質量，分立式MOSFET不提供這種保證。這有助於構建一個可靠的解決方案，以保護服務器和網絡設備中價格昂貴的電子裝置。

由於沒有使用穩定環路的柵極電容，本文所談論的10 A電路會有一些特有的行為，應該加以注意。具體來說
，就是在短路期間，不會出現受傳統dV/dt控製的湧入電流和脈衝電流。然而
，這些都是短暫的瞬間事件
，持續時間不到幾毫秒。輸入旁路電容可以幫助防止對48 V電dian源yuan產chan生sheng任ren何he幹gan擾rao，特te別bie是shi與yu其qi他ta電dian路lu板ban共gong享xiang該gai電dian源yuan時shi
，例li如ru背bei板ban。在zai後hou一yi種zhong情qing況kuang下xia
，相xiang鄰lin電dian路lu板ban的de負fu載zai電dian容rong也ye起qi到dao與yu輸shu入ru旁pang路lu電dian容rong相xiang同tong的de作zuo用yong。

作者簡介 

Pinkesh Sachdev是ADI公司雲電源團隊的高級應用工程師。他擁有印度理工學院（印度孟買）電氣工程學士學位以及斯坦福大學電氣工程碩士學位。聯係方式：pinkesh.sachdev@analog.com。 

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

解決比較器的主要挑戰：負輸入和相位反轉

電動汽車中具有電壓和電流同步功能的智能接線盒

ADALM2000實驗：光耦合器

怎麼理解驅動芯片的驅動電流能力

車載信息娛樂係統中的電源設計（下）