高效率浪涌保护
正常运作。外部比较器限制电流检测电阻器两端的电压,调节最大输出电流,以针对过流故障提供保护。
可调定时器限制 LTC7860 可用于过压或过流调节的时间。当定时器到期时,外部 MOSFET 断开,直到 LTC7860 经过冷却期后重启为止。通过在功率损耗很高时严格限制处于 PROTECTIVE PWM 模式的时间,可以针对正常工作情况优化组件和热量设计,使组件和设计方案能够在发生高压输入浪涌和 / 或过流故障时安全地工作。还可以增加一个 PMOS 以提供电池反向保护。
通过给 LTC7860 的电源偏置增加一个简单的并联稳压器,就可以将 60V 最大 VIN 至 SGND 范围扩大到超过 200V。
效率比较
就上述 LT4363 这类线性浪涌抑制器和 LTC7860 开关浪涌抑制器而言,一旦开始调节,功率损耗就会显著上升。在线性浪涌抑制器中,功率损耗是起调节作用的 MOSFET 之功耗。而在高效率浪涌抑制器或开关浪涌抑制器中,内部功率损耗由转换效率决定。
线性浪涌抑制器功率损耗 = VOUT * IOUT * (VIN/VOUT -1)
开关浪涌抑制器功率损耗 = VOUT * IOUT * (1/ 效率 - 1)
瞬时功率损耗例子:
线性 = 30V * 4A * (40V / 30V -1) = 40.0W
开关 = 30V * 4A * (1/92% -1) = 10.4W
由于功率损耗降低,因此与同级别的线性解决方案相比,开关浪涌抑制器将允许更高的输出电流和功率级别。在开关浪涌抑制器中,内部浪涌功率损耗会比正常功率损耗增加 10 倍之多。如果停留在 PWM 模式调节中的时间受限,则运行功率会超越稳态操作中所能实现的水平。
浪涌抑制器保护的结果是,下游组件可具有较低的额定电压,但在高 VIN 降压型稳压器可用时,那为什么不使用其中一款而免除保护电路呢? 虽然这或许很吸引人,但是此类降压型稳压器电路将需要针对最坏情况而确定的组件,并将必需采取显着增多的散热措施。另外,这也许还会把上游电源置于容易遭受输出短路故障损坏的境地。
MIL-STD-1275 要求和性能
在军用车辆应用中,LTC7860 保护采用 28V 车辆电源总线工作的设备,并用评估电路板进行了测试。
MIL-STD-1275 版本 E 定义了各种电源变化情况,从稳态工作到启动干扰、尖峰、浪涌和纹波,并针对每一种情况规定了要求,表 1 概述了这些情况。
表 1:MIL-STD-1275E 要求和 LTC7860 性能
MIL-STD-1275E |
要求 |
LTC7860 性能 / 观测数据 |
工作电压 |
20V < VIN < 33V (包括纹波) |
3.5V > VIN > 60V |
电压纹波 |
MIL-STD-461-F CS101-1 50Hz 至 5kHz,136dBuV,(6.31Vrms) 150kHz,106.5dBuV,(211mVrms) 扩展至 250kHz |
布设针对纹波的输入滤波器是不切实际的,在理想的情况下,把纹波传递至下游降压型稳压器,而该稳压器的电感器起一个滤波器的作用。 |
起动干扰 |
12V、1s 的初始接合浪涌 16V、30s 的发动浪涌 |
可在低至 6V (最小值) 的电压下运作,不会出现性能下降或受损。
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注入的电压尖峰 |
250V (持续 70µs) 和 100V (持续 1ms) 最大上升时间为 50ns 最大能量含量为 2 焦耳
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一般来说 EMI 滤波器和电源电缆电感可消除窄尖峰。保护电路在有源组件上将需要 250V+ 的额定电压值。
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注入的电压浪涌 |
100V (持续 50ms) 和 33V (持续 500ms) 上升时间 1 至 10ms,5 个脉冲 最大能量含量为 60 焦耳
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正常运作,并没有性能劣化或受损情况出现,选择具有高峰值脉冲电流的 MOSFET 以满足大输出负载的要求。
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凌力尔特之前开发的演示电路 DC2150A-C 也提供线性浪涌抑制器解决方案,该解决方案满足之前的 MIL-STD-1275 修订版 D 规范的要求。
结论
专用浪涌抑制器 IC 为无源保护电路提供了卓越的性能,有助于满足未来系统减小尺寸、重量和功率的要求。
线性模式浪涌抑制器提供了具备低插入损耗的出色解决方案,适合输出电流高达 4A 左右的系统。开关浪涌抑制器
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