MOSFET与硅控整流器过压保护的比较

简介

由于电子子系统在整个产品的可靠和安全运行中发挥着重要作用，因此在DC / DC步骤周围增加了一个过压保护电路 - 考虑到它们的绝对最大电压（某些轨道上<2V）远低于中间总线电压，可能建议使用下降调节器以防止损坏最新的数字逻辑处理器。 （为了进一步了解哪些操作环境和条件保证了这种保护，请参考“μModule稳压器为中间总线电压浪涌提供电源并保护低压μ处理器，ASIC和FPGA”）过压保护电路的一个关键部分是撬棒，这是一个组件，当触发时，降压调节器的输出和接地连接短路，以减轻负载上的电压应力。

用作撬棒的两种最常见的电路元件是MOSFET和可控硅整流器（SCR） ）也称为晶闸管。我们使用LTM4641（38V IN ，10A降压稳压器）作为我们的测试平台，比较了两种器件保护现代数字逻辑内核典型1.0V输出轨的能力（图1）。该μModule稳压器具有集成的输出过压检测电路和撬棒驱动器。当输出端检测到输出过压情况时，撬棒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V INH 与DC / DC转换器的连接。

测试条件

对于我们的测试，我们假设1.0V标称输出电压代表现代逻辑器件（包括FPGA）的核心电压，ASIC和微处理器。快速的过压响应时间对于保护低压逻辑是必不可少的，其绝对最大额定电压通常为额定值的110％至150％。当上游轨道是诸如12V，24V和12V的中间总线电压时，这一事实尤其重要。 28V。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留在标称输出电压的默认值110％。

结果

MOSFET

首先是MOSFET。安装了NXPPH2625L3mΩ，1.5V TH ，100A MOSFET，5×6mm电源SO-8作为撬棒，栅极连接到CROWBAR驱动器引脚。在从V INH 到SW的直接短路下，偏移从未超过1.16V或标称值的116％（图2）。

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为100A ，峰值导通电压为1.6V，触发阈值为1.5V，采用6.6×11.5mm TO-252封装。在OVP事件引起保护后，输出电压保持相对恒定在1.6V，超过标称稳压电压的60％，与Littelfuse SCR的峰值导通电压一致（图3）。在V INH 处添加的探针向我们表明，即使输入电源已经降至接近零，V OUT 仍然保持高电平。显然，Littelfuse SCR无法提供有效的过压保护。

对于我们的下一次测试，Littelfuse SCR二极管交换了具有较低导通电压和触发阈值的Vishay SCR。 Vishay 10TTS08S的额定电流为110A峰值浪涌电流，1.15V峰值导通电压，以及采用10×15mm TO-263封装的1.0V触发阈值。乍一看，使用Vishay SCR的OVP保护似乎是对Littelfuse SCR的改进，但输出电压在标称稳压电压上达到1.7V或70％的峰值（图4）。在这种情况下，在OVP峰值和SCR的导通状态电压之间似乎没有相关性。在SCR处于适当位置的两种情况下，输出电压在过压事件开始后的12-14μs内达到峰值，这表明SCR的响应时间延迟。

结论

这个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棒。此外，SCR需要比MOSFET更优越的PCB面积。像NXP PH2625L这样的MOSFET与LTM4641配合使用，是一种更可靠，更有效的方法，可以为最新的数字逻辑器件供电和保护。