兩種過壓保護方法的基準比較：MOSFET與可控硅整流器

由于電子子系統(tǒng)在整個產(chǎn)品的可靠和安全運行中起著重要作用，因此建議在DC/DC降壓穩(wěn)壓器周圍增加一個過壓保護電路，以防止損壞最新的數(shù)字邏輯處理器，因為它們的絕對最大電壓（在某些電源軌上為《2V）明顯低于中間總線電壓。（有關需要此類保護的工作環(huán)境和條件的進一步見解，請參閱“μModule穩(wěn)壓器為低壓μ處理器、ASIC和FPGA供電并保護其免受中間總線電壓浪涌的影響”）過壓保護電路的一個關鍵部分是撬棍，該組件在觸發(fā)時使降壓穩(wěn)壓器的輸出和接地連接短路，以減輕負載上的電壓應力。

用作撬棍的兩個最常見的電路元件是MOSFET和可控硅整流器（SCR），也稱為晶閘管。我們比較了兩款器件使用 LTM1 保護現(xiàn)代數(shù)字邏輯內(nèi)核典型值的 0.4641V 輸出軌的能力，該輸出軌為 38V在，10A降壓穩(wěn)壓器作為我們的測試平臺（圖1）。該μModule穩(wěn)壓器具有集成的輸出過壓檢測電路和撬棍驅(qū)動器。當在輸出端檢測到輸出過壓情況時，撬棍引腳上的內(nèi)置驅(qū)動器在 500ns 內(nèi)變?yōu)楦唠娖?，MSP 上的 MOSFET 斷開輸入電源的連接，V英赫來自 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

圖1.LTM4641 38V在、10A 降壓穩(wěn)壓器

測試條件

在我們的測試中，我們假設標稱輸出電壓為1.0V，代表現(xiàn)代邏輯器件（包括FPGA、ASIC和微處理器）的核心電壓?？焖龠^壓響應時間對于保護低壓邏輯至關重要，其絕對最大額定電壓范圍通常為標稱值的110%至150%。當上游導軌是中間總線電壓（例如12V，24V和28V）時，這一事實尤其重要。在我們的測試中，輸入電壓設置為38V，可調(diào)輸出過壓保護觸發(fā)閾值保持在標稱輸出電壓的110%的默認值。

結果

場效應管

首先是MOSFET。恩智浦PH2625L 3mΩ，1.5V千，將 100 × 5mm 功率 SO-6 中的 8A MOSFET 安裝為撬棍，柵極與撬棍驅(qū)動器引腳相連。在 V 的直接短路下英赫對于SW，偏移從未超過標稱值的1.16V或116%（圖2）。

圖2.恩智浦PH2625L MOSFET撬棍V的過壓響應外在V直接短路的情況下永遠不會超過1.16V英赫到軟件

SCR #1

接下來，我們用Littelfuse的可控硅整流器（SCR）替換MOSFET，并將CROWBAR驅(qū)動器引腳連接到SCR的柵極。Littelfuse S6012DRP 的額定峰值浪涌電流、100.1V 峰值導通狀態(tài)電壓和 6.1V 觸發(fā)閾值，采用 5.6 × 6.11mm TO-5 封裝。從 OVP 事件接合保護后，輸出電壓保持相對恒定在 252.1V，比標稱穩(wěn)壓高出 6%，與 Littelfuse SCR 的峰值導通狀態(tài)電壓一致（圖 60）。在 V 處添加的探頭 英赫向我們表明，即使輸入電源已經(jīng)降低到接近零，V外仍然保持高位。顯然，Littelfuse SCR 無法提供有效的過壓保護。

圖3.使用輕特保險絲的過壓響應 S6012DRP 可控硅撬棍 S6012DRP 可控硅無法拉動 V外低于 1.6V外（V以上60%奧特諾姆）

SCR #2

對于我們的下一個測試，將Littelfuse SCR二極管換成具有較低導通電壓和觸發(fā)閾值的Vishay SCR。Vishay 10TTS08S 的額定峰值浪涌電流、110.1V 峰值導通狀態(tài)電壓和 15.1V 觸發(fā)閾值，采用 0 × 10mm TO-15 封裝。乍一看，使用 Vishay SCR 的 OVP 保護似乎比 Littelfuse SCR 有所改進，但輸出電壓峰值更高，為 263.1V 或比標稱穩(wěn)壓高 7%（圖 70）。在這種情況下，OVP峰值與SCR的導通狀態(tài)電壓之間似乎沒有相關性。在兩種情況下，在SCR就位的情況下，輸出電壓在過壓事件開始后達到4-12μs的峰值，這表明SCR的響應時間延遲。

圖4.使用 Vishay 10TTS08S 可控硅撬棍的過壓響應 輸出電壓峰值為 1.7V（高于 V 70%奧特諾姆） 在減少之前

結論

該基準數(shù)據(jù)支持我們的說法，即可控硅整流器（晶閘管）反應太慢，導通電壓過高，無法成為當今最先進的FPGA、ASIC和微處理器的有效撬棍。此外，SCR需要比MOSFET更大的PCB面積，MOSFET的性能優(yōu)于它們。諸如恩智浦PH2625L之類的MOSFET與LTM4641結合使用，是為最新數(shù)字邏輯器件供電和保護的更可靠、更有效的方法。

審核編輯：郭婷