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过压保护及瞬态电压抑制电路设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-05-19 13:33:13




图4:经示波器测得的各通道的电压及电流波形。


但是在这同时却发现当电源电压插入的瞬间, AAT4684输入端的电压呈现了一个超过 20V的尖峰。如果进一步调高输入电压(如将电压调整到 16V),在拔插电源时会发生 OVP开关烧坏的现象,但是电源所提供的输出电压却远小于 OVP开关的最高耐压 28V。如何解释此现象呢?


原因就出在从电源输出到 AAT4684输入的这段导线上。任何一段有长度导线具有一定的等效电感。等效电感的存在相当于在理想导线上串联了一个分立电感器,同时由于芯片的输入端存在的输入电容,接合起来就相当于一个如图 5所示的 LC振荡电路;而这个电路当输入一个阶跃时在输入电容上最大可出现 2倍于输入的振荡电压。

图5: 输入端输入电容与导线电感构成的LC振荡电路。
图5: 输入端输入电容与导线电感构成的LC振荡电路。


由于这些等效器件的存在,就会在系统上电的瞬间于 OVP开关输入端产生一个高于电源的电压。过高的瞬间电压就类似静电放电电压,虽然总能量不大,但是如果其电压值在瞬间高过了 OVP开关的最高耐压范围,就足以将 OVP开关内部的 MOSFET击穿,使得芯片输入端对地发生短路,失去作用。因此在考虑过压保护设计时,还应考虑对电路输入端可能出现的瞬态高压的防护。


为解决以上问题,可以在 AAT4684的输入端放置TVS来实现对瞬间冲击电压冲击的防护。TVS是一种二极管形式的高效能保护器件。当 TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以纳秒级的速度,将其两极间的高阻抗变为低阻抗,吸收高达数千瓦的浪涌功率,使两极间的电压箝位于一个预定值,有效地保护电子线路中的元器件免受各种浪涌脉冲损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点,目前已广泛应用于各类电子设备之中。


由于 OVP保护开关虽然可以持续地长时间承受耐压范围内的电压,但是却无法经受超过其耐压范围的瞬时电压冲击,而TVS结构的二级管,虽然无法承受长时间的导通电流,但是却可以在瞬时吸收很高的电压冲击,通过自身的雪崩导通来限制其两端的最高电压,对电压起到钳位的作用。因此将 TVS管置于 OVP开关电路之前,就可以有效地防止瞬时高压对 OVP开关的破坏,同时 OVP的持续受压能力又可以保护后端电路免受前端电源持续高电压的破坏。电路逻辑结构如图 6所示。

图6:耐高压电路逻辑图。

图6:耐高压电路逻辑图。

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