过压保护及瞬态电压抑制电路设计

力（通常的 TVS管都可以耐受 2KV以上接触式静电放电），这样的设计就可以在真正意义上实现端口的保护功能，有效地提高了器件的使用寿命和可靠性。（关于详细的 TVS选用可参阅具体文献。）

另一方面，当 OVP开关导通并存在一个持续较大工作电流流过时，此时如果突然关闭开关（比如启动了 OCP过流保护或 OTP过温保护），因导线电感中的电流不会突变，导线电感中的瞬时电流的变化会在 AAT4684的输入端产生一个高于电源的电压，这就使得 OVP开关会在一个很短的时刻需要承受一个极高的电压，其原理有些类似于开关升压电路（如图 7所示）。

图7：开关升压电路.

以 下实验为了说明这类现象所可能产生的实际输入电压的突变，当过压保护开关有大电流流过并正常工作时将 AAT4684加温使之自动进入过温保护（ OTP）状态来观察此时输入端可能产生的波形变化。该实验电路依旧如前文所述的图3所示，电源以5.5V电压供电，负载电流约为 1.5A。

实 验时对 AAT4684进行加热至芯片过热保护功能启动，内部的 MOSFET立刻关断。可以看到，在大约 400ns的时间里，由于流过开关管的电流被快速关断，在 OVP的输入和输出端瞬间确实出现了一个超过 15V以上峰峰值的冲击电压，假如电源的输入电压更高一些或者负载电流更大一些，这个冲击电压也同样会更高，虽然持续的时间极短，但是完全有可能在尖峰时 刻突破 OVP开关的最高耐压，从而破坏其内部的 PMOS。

如果用同样的原理进一步分析 OVP开关接通电源时的过程，可以发现，因 OVP开关内部的控制电路在刚刚上电的瞬间需要建立状态，所以在初始的极短时间里， PMOS栅极电压没有立刻置高，因此 PMOS沟道还没来得及关断（这个时间大约会持续 0.1us），虽然对后端电路不会有什么影响，但是这个时间产生的导通电流在 PMOS关断的时刻同样会产生类似前文所述的问题，即在 OVP的输入端产生的一个时间极短的过高电压冲击可能会危及 OVP开关正常工作。

图8：开关关闭时各种电压变化的测量结果。

为 了避免上面所述的这两种情况带来的瞬间高压对 OVP开关的冲击，在其前端放置合适的瞬态电压抑制器同样可以很好地解决该问题。由于 TVS管和 OVP开关具有其各自的功能特点，当电路在正常工作时，OVP开关导通，TVS处于反向截止状态，当输入电压高于 OVP保护电压又低于 OVP正常耐压时，OVP就起到了对高压很好地持续阻断的作用，保护了后端器件的安全，而当电路的输入端因前文所述几种情况而导致瞬时高压冲击出现时， TVS管的瞬间导通机制又能很好地吸收冲击电压的能量，保护了 OVP开关的安全。其两者的共同作用就可以有效地实现抑制瞬态和持续高压的功能，完善地保护了整个电路系统的接口免受异常高压的破坏。

本 文特别感谢美国研诺逻辑科技有限公司中国区应用工程部总监谭磊（Taylor Tan）先生及华东区应用工程部经理毛铮（Frank Mao）先生对本文的修改和指正。在文章最后部分将附上使用 TVS管前后实验测得的波形，以供读者对照分析，可以进一步理解 TVS加 OVP开关在电路端口保护设计中的必要性。

附录 :

以下实验对 AAT4684输入端使用 TVS和不使用 TVS管前后的波形进行比较，供读者参考。

CH1为 AAT4684的输入电压，CH2为 AAT4684的输出电压。

将电源电压 Vin设为12V，输出电容为0.1uF，图A1为前端没有TVS管的波形，图A2为前端加了TVS管的波形（TVS导通电压为19V）

用5.5V作为电源输入，负载电流为1.5A时将OVP加热进入过温保护瞬间波形，图B1为前端没有TVS的波形，图B2为前端加了TVS时的波形（TVS导通电压为16V）

图A1: 无TVS时输入端波形

图A2: 有TVS时输入端波形。

图B1: 前端没有TVS时过温保护瞬间。

图B2: 前端加TVS时过温保护瞬间。