電力線瞬變串聯(lián)保護

本應(yīng)用筆記介紹了一種保護n溝道功率MOSFET免受低壓和高電壓影響的電路。它包括一個高端開關(guān)驅(qū)動器 IC 和快速響應(yīng)的 3 晶體管過壓檢測器。

低壓電力線上的電壓瞬變有時可以達到標稱電壓電平的許多倍。這些情況需要防止應(yīng)用不當?shù)墓β仕健?/p>

保護敏感電路免受過壓影響的常用方法是添加并聯(lián)箝位，其高能量吸收能力之前是保險絲或其他限流器件。其他情況需要使用高壓串聯(lián)保護（而不是并聯(lián)箝位），因為難以復(fù)位或更換保險絲、難以接近的工作環(huán)境或需要不間斷運行。

圖1所示的串聯(lián)保護電路使用串聯(lián)的高壓n溝道MOSFET功率開關(guān)（Q1）和快速過壓檢測器關(guān)閉電源開關(guān)。電源開關(guān)和串聯(lián)電源整流器 （D1） 可保護負載免受高壓瞬變和持續(xù)過壓（高達 500V，任一極性）的影響。

圖1.該電路保護負載（連接到右邊的端子）免受電源電壓（連接到左邊的一對端子）中的欠壓和高壓瞬變的影響。

在從標稱 1V 電源線為高達 12A 負載供電的電路中，高邊開關(guān)驅(qū)動器 （IC1） 使電源開關(guān)完全導(dǎo)通。您可以通過更改 D1 和 Q1 來增加最大負載電流。為了防止低電源電壓，IC1具有欠壓鎖定功能，僅允許在線路電壓高于10V時工作。為了防止過壓，該電路包括一個3晶體管、無偏置電流、快速（50ns工作）過壓檢測器，當輸入電壓達到約20V時觸發(fā)。這時Q4“撬棍”將電源的閘門接地，用力關(guān)掉。

上升的過壓首先接通齊納二極管D2，該二極管通過將兩端的電壓箝位至約18V來保護IC。齊納電流流過2.2kΩ電阻，產(chǎn)生一個基極電壓，導(dǎo)通Q2。該動作啟動一個快速序列：Q3開啟，Q4開啟，Q1通過快速放電柵極電容關(guān)閉Q<>。

電路性能通過在 150 V 時向電源電壓施加 1V 瞬變來說明（圖 12）。瞬態(tài)源的內(nèi)部阻抗為2Ω，施加電壓的上升時間為1μs。該電路在正常工作期間吸收 1μA 電流，其中欠壓鎖定電壓檢測分壓器 消耗 20μA 電流，IC3 吸收 17μA 電流。

圖2.施加于圖150電路VIN的1V瞬態(tài)電壓對VOUT影響不大。

如果需要高溫操作，請注意IC1的柵極電流輸出相對有限。高溫設(shè)計計算還應(yīng)密切關(guān)注其他電路元件提供的漏電流。

審核編輯：郭婷