在當(dāng)今眾多的電子應(yīng)用場(chǎng)景中，防止過(guò)壓是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。過(guò)壓可能會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成不可逆的損害，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的故障。本文將深入闡釋如何巧妙利用保護(hù)電路來(lái)消除過(guò)壓，為電子設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

過(guò)壓產(chǎn)生的原因及初步保護(hù)措施

在配電系統(tǒng)中，高負(fù)載的快速斷開(kāi)可能會(huì)引發(fā)過(guò)壓現(xiàn)象。為了保護(hù)連接到同一電源的其他負(fù)載，采取浪涌保護(hù)措施是非常必要的。以一個(gè)額定電源電壓為 24V 的工業(yè)應(yīng)用為例，圖 1 展示了一個(gè)保護(hù)電路的布局，在待保護(hù)的電子電路前端使用了 LT4363。
通常情況下，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)壓時(shí)，我們期望受到保護(hù)的電子設(shè)備能夠保持不間斷地運(yùn)行。這就對(duì)保護(hù)電路提出了較高的要求，它需要使斷路器（圖 1 中的 Q1）在線(xiàn)性范圍內(nèi)工作。在過(guò)壓期間，MOSFET 既不會(huì)完全關(guān)斷，也不會(huì)完全導(dǎo)通，而是處于部分導(dǎo)通狀態(tài)。在這種工作狀態(tài)下，它就像一個(gè)電阻，過(guò)壓會(huì)在其上產(chǎn)生壓降。這樣，升高的電壓所蘊(yùn)含的能量會(huì)在 MOSFET Q1 中轉(zhuǎn)化為熱量。然而，根據(jù)所選 MOSFET 的不同，它只能在一定時(shí)間內(nèi)承受這種熱量，之后便會(huì)因過(guò)熱而損壞。

MOSFET 的安全工作區(qū)（SOA）曲線(xiàn)

圖 2 顯示了 MOSFET 的典型安全工作區(qū)（SOA）曲線(xiàn)。SOA 曲線(xiàn)具有重要的意義，它定義了器件在不同電壓降下可承載的電流大小，以及能夠持續(xù)承載該電流的時(shí)長(zhǎng)。如果我們希望有更大的電流長(zhǎng)時(shí)間流過(guò) MOSFET，就必須選擇 SOA 范圍更大的 MOSFET。但需要注意的是，SOA 的范圍越大，MOSFET 的尺寸也就越大，這同樣會(huì)增加元件的成本。
為了實(shí)現(xiàn)元件尺寸的優(yōu)化，我們通常會(huì)選用盡可能小的 MOSFET，并確保其安全運(yùn)行。這意味著所選的 MOSFET 既不能尺寸過(guò)大，又要在實(shí)際應(yīng)用中充分利用其 SOA 的大部分范圍。要做到這一點(diǎn)，控制器 IC 就需要能夠精確識(shí)別工作狀態(tài)，以判斷 MOSFET 的運(yùn)行是否處于 SOA 的安全范圍內(nèi)。然而，許多控制器 IC 僅僅測(cè)量流過(guò) MOSFET 的電流，若還能了解 MOSFET 兩端的電壓降，那就更好了。

LT4363 浪涌保護(hù)器件的優(yōu)勢(shì)

LT4363 浪涌保護(hù)器件的出現(xiàn)，為解決上述問(wèn)題提供了一個(gè)很好的方案。它不僅會(huì)考慮流過(guò) MOSFET 的電流大小，還會(huì)考慮源極和漏極之間施加的電壓。這樣一來(lái)，MOSFET 能夠在線(xiàn)性模式下更安全地運(yùn)行，而且也許能夠選擇尺寸更小的 MOSFET，進(jìn)而降低系統(tǒng)成本。
這種保護(hù)機(jī)制的工作原理是，根據(jù)所測(cè)量的電流和壓降，對(duì)圖 1 中 TMR 引腳上的定時(shí)電容器進(jìn)行充電。如果電容器上的電壓上升到 1.275V 以上，就會(huì)發(fā)出警告。而當(dāng)電壓高于 1.375V 時(shí)，MOSFET 會(huì)完全關(guān)斷，以實(shí)施保護(hù)。
圖 3 顯示了圖 1 中 LT4363 的定時(shí)電容器上的電壓如何由于圖 1 中 MOSFET Q1 上的 VDS 電壓而上升。對(duì)于流過(guò) MOSFET Q1 的電流，同樣有類(lèi)似的充電圖示。這些參數(shù)可確保不會(huì)超出 MOSFET 的 SOA 曲線(xiàn)，不僅實(shí)現(xiàn)了安全運(yùn)行，也起到了過(guò)壓保護(hù)的作用。