ADI 先进浪涌抑制器技术分析

对一名电源设计工程师而言，在设计电源方案时，总是希望前端输入是理想的，没有过冲、负压、短路等情况。然而实际的系统输入大多数不稳定，会存在过冲谐振、反压以及短路等风险，这些不稳定的因素会对后端器件或者设备造成严重的损害，因此我们急需一种保护电路来控制这些不稳定的输入因素。相比于传统保护手段，ADI在该保护领域拥有领先的技术优势。ADI的浪涌抑制器件已经得到不少客户的认可与青睐。本文将为读者阐述ADI浪涌抑制器件的特点及其创新的开关浪涌抑制技术。

一、浪涌的介绍

浪涌也叫突波，指超出正常工作电压的瞬间过电压。浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有：短路、电源切换或大型发动机。浪涌抑制器产品可以有效地吸收突发的巨大能量以保护后端连接器件被损坏。浪涌产生的时间非常短，一般在微秒到毫米级之间，浪涌出现时，电压电流的幅值超过正常值的两倍以上。如下图所示：

图1 浪涌产生时的短暂时间（ns级）

图2 浪涌出现时的高电压值（超过正常2倍以上）

二、传统浪涌防护方案特点分析

传统防浪涌方案中主要包含以下器件：TVS二极管，保险丝，电感电容，串联二极管等。该方案的优点是成本低，因此广受工程师的喜爱。但也存在不少缺点，比如整体尺寸大、钳位效果差、防反二极管损耗大、过流不可恢复、不能有效处理长时间过压等。因此，创新的输入防护技术就显得尤为重要，而ADI的浪涌抑制器就是很好的选择。

三、ADI浪涌抑制器件特点分析

ADI的输入防护技术具备以下特点：

利用MOS管的线性区来钳位尖峰
利用MOS管的可变电阻区来有效抑制电流从而降低功耗
具备更多保护功能包括输入过压/欠压，可恢复过流保护，理想二极管，斜率控制等等

由此可见，ADI公司的电压浪涌抑制器具备过欠压保护、过流保护、防反保护等多种保护功能，从而提高了系统可靠性。这些电路设计可以满足众多汽车航空电子设备标准要求，包括ISO-7637-2和DO-160。ADI的产品可抵御瞬态电压浪涌，确保器件可靠运行，有助于工程师应对保护灵敏电子产品设计的挑战。欠压、过压、过流和反向输入保护的不同组合还可以优化功能、尺寸和成本要求。ADI浪涌抑制器允许在电压浪涌期间进行不间断的系统操作，而在出现故障时，保护控制器会立即将输入与输出断开。

下图（图3）是LTC4363-2浪涌抑制器特性示意图：

图3：LTC4363-2浪涌抑制器特性示意图

总的来说，ADI的LTC4363-2具备了更多的保护功能，配置非常灵活，会使电路设计更简单化、系统化、智能化。

四、ADI创新的开关浪涌抑制技术

线性浪涌抑制技术（比如LTC4363/LTC4380）其中一个缺点是：电源系统设计往往推荐在5A电流以内使用。但是随着系统对功率要求的增加，大功率电源系统往往需要在10A乃至30A的大电流下工作。与此同时，ADI发布了开关浪涌抑制技术的器件LTC7862。

下图（图4）是LTC7862在28V，20A 100V过压保护的典型应用电路：

图4：LTC7862在28V@20A电源系统设计中的100V浪涌防护电路图

LTC7862提供了高效率开关保护以扩展输出电流能力并降低瞬变及故障期间的功耗损耗。

在长的电感性电源总线中，当负载电流突然变化时会发生电源电压浪涌。在汽车应用中，存储在交流发电机电感中的能量将使这种情况进一步加重，并在负载突降期间引起更高和持续时间更长的电压浪涌。浪涌抑制器的功率处理能力受限于保护电路的功率损耗。

在线性浪涌抑制器中，功率处理能力由传输 MOSFET 的大小决定，而在开关浪涌抑制器中功率处理能力则取决于转换效率。与线性解决方案相比，开关浪涌抑制器的功率损耗较低，因此其能够在较长的输入电压浪涌时间和较高的输出电流条件下运行。

LTC7862的输入电压工作范围为4V 至 140V（绝对最大值150V）。一个外部故障定时器电容器，负责配置在过压模式下的限制时间，并在功率损耗处于其最高水平时，把开关浪涌抑制器保持在一个安全的峰值工作温度以下。故障定时器针对正常模式来优化组件选择，因而可以降低系统成本和减小尺寸。

LTC7862 可为依靠 28V 汽车电源总线运行的器件提供保护，该总线下电压最高有可能达到100V并持续 500ms 之久。LTC7862还适合于工业、航空电子和汽车电源应用（包括 ISO 7637）。

LTC7862的特点：

VOUT 箝位可阻止高电压输入浪涌
可在正常运行期间实现 100% 占空比直通模式
在过压或过流瞬变和故障以及启动期间执行开关操作
高效开关操作可实现持续时间很长的浪涌保护
宽 VIN 范围： 4V 至 140V （150V 绝对最大值）
可调输出电压箝位高达 60V
可调输出过流保护
RSENSE 或电感器 DCR 电流检测
功率电感器可在正常模式中降低输入 EMI
可调软启动用于实现浪涌电流限制
可兼容 MIL-STD-1275 和 ISO 7637 标准

五、总结

ADI的浪涌抑制器，无论是广受欢迎的线性浪涌抑制器还是新推出的大电流开关浪涌抑制器，二者都具备了比较全面的保护功能，包括：过压/欠压，过流/短路，防反保护等。此外，ADI器件可以灵活的根据客户需求参数进行配置和设置，大大简化了工程师的电路设计同时也节约了成本。

参考资料

LT7862数据手册

高效率N沟道开关浪涌抑制器针对 150V 瞬变提供保护

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