幾種強(qiáng)大的工業(yè)電源路徑保護(hù)方法

任何電子系統(tǒng)經(jīng)常遭受惡劣的環(huán)境和威脅，如靜電放電（ESD）、電快速瞬變（EFT）和雷電浪涌。電源設(shè)計(jì)人員必須優(yōu)先考慮電路保護(hù)以防止系統(tǒng)故障，特別是對(duì)于具有24V電源軌的工業(yè)應(yīng)用。

電路保護(hù)方案能夠保護(hù)電源和整個(gè)系統(tǒng)免受諸如過(guò)電流、短路、輸入浪涌電流、過(guò)電壓、欠電壓、輸入反極性保護(hù)（通常稱(chēng)為誤配線）和反向電流阻塞的事件的影響。

在本博客中，我將概述幾種強(qiáng)大的工業(yè)電源路徑保護(hù)方法，包括離散實(shí)現(xiàn)、熱插拔和ORing控制器法及集成實(shí)現(xiàn)。

離散實(shí)現(xiàn)

圖1：離散保護(hù)方案

離散實(shí)現(xiàn)方案是功率路徑中使用保護(hù)方案的最傳統(tǒng)的功率路徑保護(hù)方式，圖1展示一個(gè)示例。

離散實(shí)現(xiàn)使用串聯(lián)功率二極管來(lái)保護(hù)系統(tǒng)免受反極性（誤配線）和反向電流。若電路吸收2A的電流，它在二極管上消耗約1W的功率，這將增加電路板溫度。諧振電路（L-C）濾波器和多個(gè)TVS二極管在浪涌測(cè)試期間控制輸入線瞬變（國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）61000-4-5）。

該實(shí)現(xiàn)利用PFET（高側(cè)開(kāi)關(guān)）及雙極結(jié)型晶體管BJT、運(yùn)算放大器、齊納二極管、電阻器和電容器來(lái)滿(mǎn)足所有保護(hù)要求。該系統(tǒng)解決方案體積大，并且具有更大的物料清單（BOM）計(jì)數(shù)。此外，該實(shí)現(xiàn)不涉及熱關(guān)斷保護(hù)和電流限制精度隨溫度的變化。

通過(guò)使用傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲，離散實(shí)現(xiàn)保護(hù)系統(tǒng)免受短路事件。短路期間，熔斷器需要幾毫秒到幾秒鐘的時(shí)間來(lái)斷開(kāi)，這可能會(huì)損壞負(fù)載。請(qǐng)務(wù)必查看我的同行的博客，了解有關(guān)保險(xiǎn)絲升級(jí)的更多信息。

熱插拔與ORing控制器法

圖2：控制器+ MOSFET保護(hù)方案

如圖2所示的電源保護(hù)的另一種常見(jiàn)方法是使用熱插拔控制器和ORing控制器。該方案使用外部FET，使設(shè)計(jì)更高效可靠。不幸的是，這種實(shí)現(xiàn)仍然存在挑戰(zhàn)，如控制外部FET、外部感測(cè)電阻，及實(shí)現(xiàn)用于輸入反極性保護(hù)的附加電路。由于外部FET架構(gòu)，此實(shí)現(xiàn)難以管理熱和安全操作區(qū)域（SOA）保護(hù)。盡管該解決方案優(yōu)于離散實(shí)現(xiàn)，但它不適用于諸如輸入/輸出（I / O）模塊的空間受限系統(tǒng)。

集成實(shí)施（eFuse）

圖3：集成保護(hù)方案

另一方面，如圖3所示，假設(shè)除了一些組件（如瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管、電阻和電容）外，您的整個(gè)離散實(shí)現(xiàn)在一個(gè)集成器件中消失。這真的很酷，不是嗎？eFuse通常將上述所有保護(hù)功能集成到單個(gè)設(shè)備中，極其有效且在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需花費(fèi)過(guò)多時(shí)間。除了電源路徑保護(hù)外，EFuses還集成了電壓、電流監(jiān)控和故障指示等功能，用于系統(tǒng)診斷。

FET的SOA保護(hù)和強(qiáng)大的熱保護(hù)確保eFuse的保護(hù)以及惡劣環(huán)境中的負(fù)載。它也適用于空間受限應(yīng)用，因?yàn)榧捎兄趯⑾到y(tǒng)解決方案減少到一半以上。

這些類(lèi)型的解決方案之一是TPS2660，業(yè)界首款60V背靠背FET集成eFuse。您的新設(shè)計(jì)中絕對(duì)值得考慮這一設(shè)備，因?yàn)樗С址罌_擊電流、過(guò)流、短路、輸入反極性保護(hù)（誤接線）、過(guò)電壓和欠電壓條件的保護(hù)。它還提供用于系統(tǒng)診斷的電流監(jiān)視和故障指示。集成60V背對(duì)背FET架構(gòu)使您能夠設(shè)計(jì)可靠電路，并保護(hù)負(fù)載免受工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，如浪涌（IEC 61000-4-5）、EFT（IEC 61000-4-4），及符合IEC 61131-2的電壓驟降和中斷測(cè)試。

穩(wěn)健和高效的電源保護(hù)方案對(duì)于電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。使用集成保護(hù)設(shè)備，設(shè)計(jì)人員可以更簡(jiǎn)單，更高效地創(chuàng)建自己的系統(tǒng)，且可更快上市。若您的設(shè)計(jì)針對(duì)24V電源軌使用電源路徑保護(hù)，您可先人一步，通過(guò)輸入保護(hù)和備用電源參考設(shè)計(jì)，開(kāi)始設(shè)計(jì)25W PLC控制器單元。

審核編輯：何安淇