保护敏感电子组件，抵御高压瞬态

汽车和工业应用中常常遇到持续时间从几微秒到数百毫秒的高压电源尖峰。这些系统中的电子产品不仅必须耐受瞬态电压尖峰而不被损坏，而且在很多情况下还必须在出现电压尖峰时自始至终可靠工作。在电源通过长导线分配的系统中，负载步进 (即负载电流突然变化) 会引起严重的瞬态。尤其引人注意的是负的负载步进，这时负载电流从较大的值降低为较小的值。负的 dl/dt 引起导线寄生电感，产生正向高压尖峰，这可能引起由同一条导线供电的周围器件之损坏。快速负载切换 (如继电器、开关触点、固态负载切换等) 会产生尤其高的 dl/dt 值。电源和负载之间的连接受到损害可能导致电流突然中断，从而产生大的 dl/dt 值。最能说明问题的一个例子是汽车抛负载，在这种情况下，震动和终端受损造成与电池的连接突然断开。
抛负载可能引起电压浪涌，且该浪涌可能持续数百毫秒时间。根据汽车工程师学会 (Society of Automotive Engineers) 的数据，这种瞬态电压的幅度可能高达 125V。典型的抛负载曲线如图 1 所示，其具有 5ms 的上升时间，并呈指数性衰减 (具有一个 200ms 的时间常数)。在工业系统中，由于螺线管及电机中的再生制动会引发相似的事件。

图 1：典型抛负载曲线

业界强烈需要用于抑制浪涌、尖峰和瞬变的方法，从而使得关键性的电子子系统不仅可以安然承受，而且还能在此类过程中继续运作。持续时间很短的过程 (例如：尖峰和瞬变) 可以容易地利用基于电感器的滤波器和大的旁路电容器来抑制。而持续时间较长的浪涌抑制起来则不那么容易，其需要依赖于高功率分路箝位器和有损耗的串联限流电阻。

目前已经开发了一种隔离任何类型浪涌、尖峰和瞬态的新方法。LT4356浪涌抑制器用一个外部 N 沟道 MOSFET 实现了串联-通路稳压器。在通常情况下，LT4356 驱动 MOSFET，使其完全接通，这样输入功率直接通过来到负载电路，只有一点损耗。如果输入电压上升到高于某个值，那么 LT4356 开始将输出调节到一个安全值。MOSFET 作为跟随器限制峰值馈通，调节响应时间由 MOSFET 栅极上的补偿电容器控制。

LT4356 无需笨重的滤波组件，同时隔离低压电路使其免受损坏。最重要的是，LT4356 调节输出时无需在其下游使用高压额定值组件。相反，可以使用较低成本的低压组件，LT4356 可以隔离高压使其不能到达这些低压组件。
图 2 显示了 LT4356 对抛负载的响应。输入突然上升到 80V，但是输出被调节到一个安全值。浪涌消散后，LT4356 返回空闲状态，将 MOSFET 过驱动至低损耗工作状态。

图 2：LT4356 对抛负载的响应

电路工作原理

图 3 所示为 LT4356 的方框图。除了电压调节环路之外，其他重要的特点包括过流保护和反向输入保护，以及一种可将电源电流减小至大约 5μA 的微功率停机状态。另外还有一个空余的增益级，其可用作一个高精度比较器或者放大器以提供辅助功能。浪涌电流限制是 GATE 引脚旁路电容器和 LT4356 之受控 GATE 电流的一个额外的好处。当存在持续的输入过压或电流过载时，一个故障输出可向负载电路发出 "操作时间有限" 的预警。
 

图 3：LT4356 方框图

调节电压由连接至 FB 引脚的两个电阻器之阻值比来确定；常见的选择是将调节点设定为比最大 DC 工作电压高 5%~10%，或者，也可以将之设定在一个比下游组件的额定电压略低的限值。过流限制由一个低值检测电阻和 LT4356 的内部 50mV 电流检测放大器来设定。

在漫长的浪涌过程中持续运作的代价是在外部 MOSFET 中产生大量的功率耗散。为了使 MOSFET 在其能力范围之内工作，LT4356 将在电路处于电压或电流限制状态时启用一个定时器，并在发生任何损坏之前关断 MOSFET。时间间隔由 Vds 和 Id 来调整，旨在更好地 (相比于采用固定定时器) 利用安全工作区。这两项参数均由 LT4356 负责监察。当首次加电或者当通过允许 SHDN# 将其自身拉至高电平来启动 LT4356 时，通过缓慢地把栅极驱动至高电平而以一种渐进的方式接通外部 MOSFET。这种软起动提供了浪涌电流限制作用，可最大限度地遏制动态负载对于输入电源的影响，并减轻任何下游熔断器中的热疲劳。一旦 MOSFET 完全导通，使能引脚 EN 将变至高电平以启动负载电路，例如：一个微处理器或开关稳压器。

在过流或过压情况下，电流放大器 (IA) 和电压放大器 (IV) 被调用至运行状态，从而对输出电流或电压进行适当的限制。当发生过压时，负载电路继续运作，电源电压仅略有增加，如图 2 所示。在电流过载情况下，假如可提供足够的输出