1.简介
瞬态总线电压会严重破坏集成电路。一个集成电路可以处理的最大电压由设计流程决定,尤其是,一些小的CMOS结构器件能处理的电压很低。瞬态或持续的过压条件将永久破坏设备。
2.电路
LMV431AIMF(D1)可调参考可以确定一个精确的跳变点并且维持温度稳定性。(它有A版本1%或B版本0.5%精度可选择),R1和R2选择精度1%以上的电阻。
LMV431AIMF有两个基本的组件:一个温度稳定的精密带隙参考,和一个高增益误差放大器。下图为LMV431AIMF内部概念图。
输入电压经过R1和R2分压接到FB脚。上图设置跳变点在19.2V,但是跳变点的电压值可以被任意设置,根据下面的公式:
当参考引脚超过1.24V,LMV431的输出被下拉。它的负极可以降到1.2V的饱和点。足够关闭Q2。Q2特别选择了比较高的栅极阈值电压(>1.3V)。真值表如下:
这个电路功能如图三所示。跳变点可在2.7V到60V范围内设置。低于2.7V,电路将进入关断状态。因为没有足够的输入电压满足Q1和Q2栅极到源极的阈值电压。(低于2.7V,不太理解,此处先记下)
在关断状态这个电路负载为42K。稳压管D2和D3限制电压不超过Q1和Q2的最大栅源电压(<20V)。D3同样可以保护D1的负极不超过35V。R4给Q2提供少量偏置,在关断状态,满足Q2的漏极泄漏。主要Q1上的体二极管,这意味着当输入是反向电池(负的输入电压),这个电路对负载没有保护了。为了防止反向电池,需要增加一个阻流二极管或者附加(back to back)PFET。
这个电路启动很快,但重新连接很慢。当侦测到过压条件,C1通过LMV431迅速放电到地。当电路恢复正常时,会存在R3*C1时间常数的延迟。大多数负载(通常是稳压器)都包含大量的输入电容,它可以限制瞬态压摆率率为断开的电路重新连接提供充足的时间。预期瞬态的性质以及电容将决定所需的响应时间。这个电路的关闭动作在12微秒内发生。(此处不理解?)最大瞬态上升时间与Cload时间隔成比例。该电路使用1μF的Cload进行测试。如果期望上升时间很快,瞬态源阻抗很低,建议使用更大的Cload。
3.测量响应时间
图示是电路对12V开关的响应。关闭部分缓慢衰变,因为1uf Cload通过1K测试电阻放电,需要时间。驱动波形显示同样的衰变,因为测试源不吸收电流。
过压下的响应如图5所示。注意过压事件上升很快吗,有时间将输出充电到19.2V。之后,断开的输入的输出电压被1k电阻耗散。
移除Cload,观察驱动速度,见图6。由于输入瞬态的上升时间不受任何电容限制,
在电路动作之前,输出电压被充电至60V。出于这个原因,Cload的值应该适合预期的瞬态上升时间和预期的瞬态源阻抗。
4.负载限制
由于Q1的在85°C的热限制,负载最大550mA。当栅源电压很低时,RDS(ON)变大。如果需要接更大的负载,可以用热功率大(θJA小)或者更低的RDS(ON)替换Q1。
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原文标题:过压保护电路实例
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