如何利用保护电路轻松消除过压

引言

例如，在配电系统中，高负载的快速断开可能会导致过压的产生。为保护连接到同一电源的其他负载，建议采取浪涌保护措施。图1所示为一个保护电路的布局，在待保护的电子电路前端使用了LT4363。此示例源自一个额定电源电压为24 V的工业应用。

图1.用于拦截电压浪涌的浪涌保护电路的简易图示。

通常情况下，在出现过压时，受到保护的电子设备应保持不间断地运行。这就要求保护电路能够使断路器（图1中的Q1）在线性范围内工作。在出现过压期间，MOSFET既不会完全关断，也不会完全导通，而是处于部分导通状态。在这种工作状态下，它的作用就像一个电阻，过压会在其上产生压降。因此，升高的电压所蕴含的能量会在MOSFET Q1中转化为热量。根据所选MOSFET的不同，它只能在一定时间内承受这种热量，之后便会因过热而损坏。

图2.MOSFET的典型SOA曲线。

图2显示了MOSFET的典型安全工作区(SOA)曲线。SOA曲线定义了器件在不同电压降下可承载的电流大小，以及能够持续承载该电流的时长。如果希望有更大的电流长时间流过MOSFET，就必须选择SOA范围更大的MOSFET。SOA的范围越大，MOSFET的尺寸也就越大。这同样会增加元件的成本。

为了实现元件尺寸的优化，通常会选用尽可能小的MOSFET，并确保其安全运行。这意味着所选的MOSFET既不尺寸过大，又要在实际应用中充分利用其SOA的大部分范围。为此，控制器IC要能够精确识别工作状态，以判断MOSFET的运行是否处于SOA的安全范围内。然而，许多控制器IC仅仅测量流过MOSFET的电流。若还能了解MOSFET两端的电压降，那就更好了。

图3.在LT4363中，根据漏源电压对定时电容器进行充电，实现对SOA曲线的一种准仿真。

LT4363浪涌保护器件不仅会考虑流过MOSFET的电流大小，还会考虑源极和漏极之间施加的电压。如此一来，MOSFET能够在线性模式下更安全地运行，而且也许能够选择尺寸更小的MOSFET，进而降低系统成本。

这种保护机制的工作原理是，根据所测量的电流和压降，对图1中TMR引脚上的定时电容器进行充电。如果电容器上的电压上升到1.275 V以上，就会发出警告。而当电压高于1.375 V时，MOSFET会完全关断，以实施保护。

图3显示了图1中LT4363的定时电容器上的电压如何由于图1中MOSFET Q1上的VDS电压而上升。对于流过MOSFET Q1的电流，同样有类似的充电图示。这些参数可确保不会超出MOSFET的SOA曲线，不仅实现了安全运行，也起到了过压保护的作用。

结论

过压保护模块看起来相当简单且不起眼，但一些细微的特性却能在过压保护的性能表现及MOSFET的选型方面产生重大影响。