用有源高压瞬态保护器替代传统的汽车电子无源保护器件

S管一样，根据具体应用的最高稳态直流电压确定可变电阻的钳位电压。然而，当电压高于击穿电压时，可变电阻的VI特性曲线相对于TVS二极管要缓慢得多(图4)。因此，可变电阻相对TVS管会使后续电路承受更高的电压，从而提高了后续电路的器件成本、封装尺寸以及电路板空间。

　　通过将钳位电压设置在相对较低的电平，保持尽可能低的过压保护点，又会增大正常工作时的静态电流。标称电压下的静态电流通常高于TVS管，实际效果与具体元件选择有关。

　　有源瞬态保护方案

　　考虑到以上分立保护电路的诸多缺点，有源保护电路提供了一个更好的选择。对于要求低静态电流、低工作电压并具有电池反接保护和过压保护的方案，可以选择MAX16013/MAX16014¹过压保护/检测电路。

　　此类器件的工作原理十分简单(图8)。IC直接监测输入电压，并通过控制两个外部pFET功率开关在故障条件下断开负载的连接。外部MOSFET在 5.5V和所设置的上限电源电压之间导通，上限电压可通过连接在SET引脚的分压电阻调节，范围通常在20V至28V之间。

图8. MAX16013和MAX16014可提供有源瞬态保护功能，直接监测电源电压，当检测到故障时，通过控制两个外部p沟道FET开关，断开负载与故障电源。

　　发生故障时，FET P2有两种不同模式。第一种模式下，P2仅仅相当于一个简单的开关，在过压条件下断开开关，从而避免高压对下游器件的破坏。第二种模式下，P2相当于可调节的瞬态抑制器，将输出电压钳制在所允许的最大过压点。

　　当输出电压上升到可调节的过压门限以上时，内部比较器将GATE2上拉至VCC。监测电压降低到过压门限以下时，p沟道MOSFET (P2)重新导通。这种处理方式能够使电压稳定在输出稳压值的5%以内。出现瞬态过压时能够保证输出稳定，MOSFET (P2)在过压条件下保持导通，工作在开关-线性稳压模式，从而在提供过压保护的同时维持系统继续工作。

　　将SET引脚的分压电阻连接到输入或输出，可以选择相应的工作模式。例如，把分压电阻接VCC (而不是负载)，MAX16013被配置成过压关断器件。MAX16014将保持MOSFET (P2)闭锁，直到输入电源重新上电或重新触发EN使能。如果MAX16013长时间工作在限压模式，外部MOSFET的压降会增大功耗。

　　图8中的电池反接保护FET (P1，可选)取代了图6中的串联二极管。图8中，正偏时P1导通，可以保持极低的正向压降，出现负压时关断。关闭P2可断开输入与输出的连接(图8和图9)，EN 引脚提供相应的关断控制(需要注意的是EN引脚的控制信号由主系统的其它监控电路产生)。因此，当电路处于电池反接保护状态时(P1)，下游电路的静态电流可降至最小(典型值< 20µA)。

　　有源高压瞬态保护器相对于传统保护方案的优势

　　有源过压保护器具备以下几个优势。

　　如上所述，分立瞬态抑制器(TVS管或可变电阻)的击穿电压需要高于汽车的最高稳态工作电压(通常26V左右)。发生抛负载时，由于TVS管的内阻以及电流随电压剧增的VI特性曲线，下游电路会在瞬间承受极高电压(大约45V)，从而提高了对下游器件额定电压的要求。与传统方案不同，有源瞬态保护器可将输出电压钳位到分压电阻设置的电平(例如26V)，也不存在电流随电压剧增问题。这些特性允许用户使用低成本(低电压)的下游元器件。

　　该方案不同于普通的浪涌抑制器，传统方案在发生过热之前较短的时间内只能处理几个焦耳的能量，而基于MAX16013/MAX16014的方案能够在发生直流过压时保护器件。有些应用要求工作在标称电压的上限，一旦超过上限电压则断开与电源的连接(以音频系统为例，其工作电压上限通常为17V)。这种情况下使用有源保护器件，合理设置电压限制器/开关的门限可以进一步降低下游元器件的成本。

　　用FET取代电池反接二极管，可以将正向导通电压降低到毫伏级水平。特别是在大电流应用中，这一举措可以有效降低功耗，进而降低散热的设计难度和成本。原来二极管消耗的功率(电压)可以供给负载(如，扬声器)，而非消耗在二极管上，从而提高输出功率(系统性能)。有些应用要求工作在较低的电池电压(如，汽车冷启动时)，同时还要求提供电池反接保护。采用有源保护器件可以使压差降至最小，确保电路工作在较低的输入电压下。

　　可变电阻器往往表现出相对较高的静态电流和漏电流，受脉冲电压冲击时会显著影响其使用寿命和精度。用有源保护器件取代可变电阻可以解决这一问题。由于某些应用中可变电阻直接连接到电池上，漏电流较大。这时，可以利用有源保护器件作为主开关，在休眠模式下断开(通过P2 FET)所有后续负载(图9)。

图9. MAX16013/MAX16014用作主开关控制，在ECU关闭时有助于降低静态电流损