保護移動設(shè)備免受熱插拔瞬變和使用錯誤電源適配器的用戶的影響

智能手機、平板電腦和數(shù)碼相機等電池供電的移動設(shè)備已成為現(xiàn)代生活方式不可或缺的一部分。越來越多的功能被壓縮到越來越小的外形中，以無休止地追求更多的移動性。移動設(shè)備的激增催生了相應(yīng)數(shù)量的電源適配器來為電池充電并為設(shè)備供電：從交流墻上插座、汽車電池適配器、USB 端口甚至移動太陽能電池板。盡管許多適配器使用類似的插頭，但它們的電氣規(guī)格可能大不相同。因此，產(chǎn)品設(shè)計人員被迫采用保護電路來保護低電壓額定電子設(shè)備免受瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)過電壓的影響。

電源適配器中的故障或故障可能會導致過壓事件。將適配器熱插拔到移動設(shè)備的電源輸入端也是如此（參見凌力爾特應(yīng)用筆記88）。隨著通用連接器的普及，用戶也可能在不知不覺中插入錯誤的適配器，從而損壞電源電壓過高甚至為負的設(shè)備。LTC4360、LTC4361 和 LTC4362 能夠以極少的組件針對上述故障情況提供保護。 有關(guān)這些器件的比較，請參閱表 1。

LTC4360 和 LTC4361 通過控制一個配置為調(diào)整管的低成本外部 N 溝道 MOSFET，保護低電壓電子器件免受過壓情況的影響。LTC4362 通過集成一個內(nèi)部 28V、71mΩ R 實現(xiàn)了更小的 PCB 占板面積DS（ON）MOSFET 和一個 31mΩ 檢測電阻。

LTC4360 和 LTC4361 能夠承受高達 85V 的電壓（輸入、檢測和柵極）。對于所有三個器件，IN都不需要高壓旁路電容器，從而消除了潛在的故障點。OUT所需的低壓電容器也是下游電路的旁路電容器。它有助于在快速過壓期間減慢 OUT 處的 dV/dt，從而允許保護部分在 VOUT 過沖至危險電壓之前關(guān)斷 MOSFET。這些特性使這些器件成為一些非常堅固而簡單的過壓保護電路的通用構(gòu)建模塊。

操作

當首次通電或通過拉低導通激活器件時，將啟動一個 130ms 的延遲周期。IN（VIN < 2.1V 或 VIN > 5.7V）發(fā)生任何欠壓或過壓事件都會重新啟動延遲周期。這允許 MOSFET 將輸出與啟動時發(fā)生的任何輸入瞬變隔離開來。當延遲周期結(jié)束時，MOSFET 由一個受控的 3V/ms 柵極斜坡導通。輸出電容的電壓斜坡跟隨柵極斜坡的斜率，并將電源浪涌電流設(shè)置為：

當GATE斜坡上升時，它觸發(fā)一個內(nèi)部柵極高門限（VIN = 5V時為7.2V），以啟動一個65ms的延遲周期。延遲后，PWRGD置位低電平，表示MOSFET已完全增強。一個內(nèi)部電路將柵極箝位在高于 OUT 的 6V 電壓，以保護 MOSFET 柵極。

當VIN上升到5.8V的2%精度過壓門限以上時，GATE引腳上的30mA快速下拉在1μs內(nèi)被激活，PWRGD下拉被釋放。在過壓條件之后，MOSFET 保持關(guān)斷，直到 VIN 再次保持在 5.7V 以下 130ms。

除了過壓保護之外，LTC4361 和 LTC4362 還具有過流保護功能，以保護調(diào)整 MOSFET 免受過大電流的影響。LTC4361 實現(xiàn)了一個準確度為 10% 的 50mV 電子電路斷路器門限和一個 10μs 毛刺濾波器。A 50mΩ R意義IN和SENSE之間的連接實現(xiàn)了1A過流門限，如圖1所示。LTC4362 實現(xiàn)了內(nèi)部電流檢測，并具有一個準確度為 20% 的 1.5A 過流門限和一個 10μs 毛刺濾波器。與過壓一樣，過流激活GATE上的30mA快速下拉并釋放PWRGD下拉。在一個過流故障之后，LTC4361-1 和 LTC4362-1 閉鎖，而 LTC4361-2 和 LTC4362-2 在一個 130ms 延遲之后自動重新啟動。

圖1.5V 系統(tǒng)，可防止 ±24V 電源和過流。

如圖1所示，由GATEP引腳驅(qū)動的可選P溝道MOSFET提供低損耗負輸入電壓保護，保護低至MOSFET的BVDSS。當 VIN 變?yōu)楦唠娖綍r，GATEP 齊納的內(nèi)部輸入通過將其 VGS 箝位至 5.8V 來保護 MOSFET 柵極。

另一個特性是CMOS兼容的低電平有效使能輸入導通。當導通主動拉至地或保持開路以利用其內(nèi)部 5μA 下拉低時，器件工作正常。如果在 MOSFET 導通時將導通驅(qū)動為高電平，則柵極被拉低，具有一個較弱的下拉電流 （40μA） 以逐漸關(guān)斷 MOSFET，從而最大限度地減小輸入電壓瞬變。然后，該器件進入低電流休眠模式，在IN處僅吸收1.5μA電流。

輸入瞬變

圖 2 示出了 LTC4361 用于保護移動設(shè)備電源輸入的電路。L在和 R在對墻上適配器、適配器電纜和連接器中的累積寄生電感和電阻進行建模。20V 墻上適配器的輸出熱插拔到設(shè)備中，以模擬使用錯誤適配器的意外插入。為了進行前后比較，LTC4361，R意義和MOSFET被移除，并重復相同的熱插拔，IN短路到OUT。圖3比較了兩種熱插拔波形。由于 IN 引腳上的低電容，LTC4361 電路的情況幾乎沒有過沖和浪涌電流。額定電壓更高的 MOSFET 可用于保護系統(tǒng)免受高達 BV 的更高瞬態(tài)或直流電壓的影響DSS的場效應(yīng)管。例如，具有 60V BV 的 MOSFETDSS與 LTC4361 配合使用時，能夠在 IN 上承受高達 60V 的瞬態(tài)和 DC 電壓。

圖2.電壓適配器為移動設(shè)備充電的典型電路。

圖3.具有或不具有 LTC4361 保護功能的熱插拔波形。

圖4中的電路說明了移動設(shè)備電源輸入時可能發(fā)生的最壞情況過壓情況。在具有雙電源輸入的設(shè)備中，20V 墻上適配器被錯誤地熱插入 5V 適配器輸入，而 5V USB 輸入已經(jīng)激活。LTC4360 可快速檢測 IN 處的過壓并切斷 MOSFET。但是在L中積聚的大電流在在IN處引起電感尖峰。雪崩擊穿額定MOSFET的體二極管擊穿，將該能量釋放到C外，箝位電壓約為 40V，遠低于 IN 可以承受的 85V。如果超過MOSFET的雪崩能力或V時的電壓上升外由于L中能量的釋放在成 C外是不可接受的，可以在IN和GND之間放置一個額外的外部箝位，如SMAJ24A。

圖4.20V適配器插入5V系統(tǒng)時的過壓保護波形。

結(jié)論

LTC4360 和 LTC4361 過壓保護控制器采用小尺寸和低成本的外部 N 溝道 MOSFET，而 LTC4362 則將此 MOSFET 集成到一個 2mm × 3mm DFN 封裝中。雖然這些過壓保護電路占用的PCB空間非常小，但它們具有豐富的功能，如輸入側(cè)的85V額定值和過壓或過流時的快速響應(yīng)。此外，下游電路具有PWRGD狀態(tài)標志，并具有CMOS兼容輸入啟用的低功耗模式，可在必要時節(jié)省電池電量。LTC4360、LTC4361 和 LTC4362 在移動設(shè)備內(nèi)部的敏感電子元件與現(xiàn)實生活中的事故（如故障、不合格的電源適配器或用戶心不在焉地插入錯誤的適配器）之間形成了一個簡單而有效且堅固的屏障。

審核編輯：郭婷