两种过压保护方法的基准比较：MOSFET与可控硅整流器

由于电子子系统在整个产品的可靠和安全运行中起着重要作用，因此建议在DC/DC降压稳压器周围增加一个过压保护电路，以防止损坏最新的数字逻辑处理器，因为它们的绝对最大电压（在某些电源轨上为《2V）明显低于中间总线电压。（有关需要此类保护的工作环境和条件的进一步见解，请参阅“μModule稳压器为低压μ处理器、ASIC和FPGA供电并保护其免受中间总线电压浪涌的影响”）过压保护电路的一个关键部分是撬棍，该组件在触发时使降压稳压器的输出和接地连接短路，以减轻负载上的电压应力。

用作撬棍的两个最常见的电路元件是MOSFET和可控硅整流器（SCR），也称为晶闸管。我们比较了两款器件使用 LTM1 保护现代数字逻辑内核典型值的 0.4641V 输出轨的能力，该输出轨为 38V在，10A降压稳压器作为我们的测试平台（图1）。该μModule稳压器具有集成的输出过压检测电路和撬棍驱动器。当在输出端检测到输出过压情况时，撬棍引脚上的内置驱动器在 500ns 内变为高电平，MSP 上的 MOSFET 断开输入电源的连接，V英赫来自 DC/DC 转换器。

图1.LTM4641 38V在、10A 降压稳压器

测试条件

在我们的测试中，我们假设标称输出电压为1.0V，代表现代逻辑器件（包括FPGA、ASIC和微处理器）的核心电压。快速过压响应时间对于保护低压逻辑至关重要，其绝对最大额定电压范围通常为标称值的110%至150%。当上游导轨是中间总线电压（例如12V，24V和28V）时，这一事实尤其重要。在我们的测试中，输入电压设置为38V，可调输出过压保护触发阈值保持在标称输出电压的110%的默认值。

结果

场效应管

首先是MOSFET。恩智浦PH2625L 3mΩ，1.5V千，将 100 × 5mm 功率 SO-6 中的 8A MOSFET 安装为撬棍，栅极与撬棍驱动器引脚相连。在 V 的直接短路下英赫对于SW，偏移从未超过标称值的1.16V或116%（图2）。

图2.恩智浦PH2625L MOSFET撬棍V的过压响应外在V直接短路的情况下永远不会超过1.16V英赫到软件

SCR #1

接下来，我们用Littelfuse的可控硅整流器（SCR）替换MOSFET，并将CROWBAR驱动器引脚连接到SCR的栅极。Littelfuse S6012DRP 的额定峰值浪涌电流、100.1V 峰值导通状态电压和 6.1V 触发阈值，采用 5.6 × 6.11mm TO-5 封装。从 OVP 事件接合保护后，输出电压保持相对恒定在 252.1V，比标称稳压高出 6%，与 Littelfuse SCR 的峰值导通状态电压一致（图 60）。在 V 处添加的探头 英赫向我们表明，即使输入电源已经降低到接近零，V外仍然保持高位。显然，Littelfuse SCR 无法提供有效的过压保护。

图3.使用轻特保险丝的过压响应 S6012DRP 可控硅撬棍 S6012DRP 可控硅无法拉动 V外低于 1.6V外（V以上60%奥特诺姆）

SCR #2

对于我们的下一个测试，将Littelfuse SCR二极管换成具有较低导通电压和触发阈值的Vishay SCR。Vishay 10TTS08S 的额定峰值浪涌电流、110.1V 峰值导通状态电压和 15.1V 触发阈值，采用 0 × 10mm TO-15 封装。乍一看，使用 Vishay SCR 的 OVP 保护似乎比 Littelfuse SCR 有所改进，但输出电压峰值更高，为 263.1V 或比标称稳压高 7%（图 70）。在这种情况下，OVP峰值与SCR的导通状态电压之间似乎没有相关性。在两种情况下，在SCR就位的情况下，输出电压在过压事件开始后达到4-12μs的峰值，这表明SCR的响应时间延迟。

图4.使用 Vishay 10TTS08S 可控硅撬棍的过压响应 输出电压峰值为 1.7V（高于 V 70%奥特诺姆） 在减少之前

结论

该基准数据支持我们的说法，即可控硅整流器（晶闸管）反应太慢，导通电压过高，无法成为当今最先进的FPGA、ASIC和微处理器的有效撬棍。此外，SCR需要比MOSFET更大的PCB面积，MOSFET的性能优于它们。诸如恩智浦PH2625L之类的MOSFET与LTM4641结合使用，是为最新数字逻辑器件供电和保护的更可靠、更有效的方法。

审核编辑：郭婷