具高級輸入和負載保護功能的10A μModule降壓型穩壓器

引言

總線電壓浪涌不僅對DC/DC轉換器構成危險，也對負載帶來威脅。傳統的過壓保護方案采用熔絲，其動作速度和可靠性均未必足以保護諸如FPGA、ASIC和微處理器等負載。一種較好的解決方案是可準確和快速地檢測過壓情況，隨后通過迅速斷接輸入電源并利用一條低阻抗通路釋放負載上的過電壓來做出響應。借助LTM4641中的保護功能就可做到這一點。

電源和保護

LTM4641是一款4.5V至38V輸入、0.6V至6V輸出、10A降壓型μModule穩壓器，其具有高級輸入和負載保護選項，包括：

（A）輸入保護

●具閉鎖門限的欠壓閉鎖、過壓停機

●N溝道過壓電源中斷MOSFET驅動器

●能利用少量外部元件構成浪涌抑制器

（B）負載保護

●穩健、可復位的閉鎖過壓保護

●N溝道過壓放電功率MOSFET驅動器

此外，針對下列故障的跳變檢測門限是可定制的：輸入欠壓、過熱、輸入過壓和輸出過壓。特定的故障情況發生時可設定為閉鎖或遲滯重啟響應——或者停用。

輸出過壓和負載保護

電源和半導體控制IC行業中的常用輸出過壓保護方案是接通同步（底端）MOSFET.這種方法可在嚴重的負載電流下降過程中提供某些過壓保護，但在避免負載遭受諸如高壓側功率開關MOSFET短路等真實的故障情況則并不是非常有效。如圖1所示，當把一個輸出放電MOSFET（MCB）和一個輸入串聯MOSFET（MSP）配合起來使用時，LTM4641可提供同類最佳的輸出過壓保護。


圖1：具輸入斷接和快速放電輸出過壓保護功能的LTM4641



MCB是一個任選的外部放電器件，其位于VOUT上。假如輸出電壓超過了一個可調門限（默認值為高出標稱值11%），則LTM4641立即將其CROWBAR輸出邏輯拉至高電平（響應時間的最大值為500ns）并閉鎖其輸出電壓：功率級變至高阻抗狀態，而且內部頂端和底端MOSFET均被閉鎖。CROWBAR輸出接通MCB，對輸出電容器進行放電并防止輸出電壓發生任何進一步的正向擺動。

MSP被置于輸入電源（VIN）和LTM4641的功率級輸入引腳（VINH）之間，并被用作一個可復位的電子式電源中斷開關。當LTM4641的內部電路檢測到某種故障狀況，例如一個輸出過壓（OOV）情況，MSP的柵極在2.6μs（最大值）內放電，而MSP關斷。于是輸入電源與LTM4641的功率級輸入（VINH）斷接，從而可阻止有害的（輸入）電壓到達昂貴的負載上。另外，LTM4641還采用一個獨立的基準電壓以產生一個OOV門限（與控制IC的帶隙電壓分開）。

圖1示出了當頂端MOSFET MTOP發生故障（因而在VIN和SW節點之間引起短路）時的CROWBAR和VOUT波形。CROWBAR在500ns內變至高電平，并接通MCB以將輸出短路至地。VOUT不可以超過規定輸出電壓的110%.

輸入過壓和欠壓保護

LTM4641具有輸入欠壓和過壓保護功能，其跳變門限可由用戶設定。請參閱圖2.

UVLO引腳直接將信號饋入一個比較器的反相輸入，其跳變門限為0.5V.當UVLO引腳電壓降至低于0.5V時，開關動作被禁止；當UVLO引腳電壓超過0.5V時，可恢復執行開關動作。IOVRETRY和OVLO引腳各自直接將信號饋入跳變門限為0.5V之比較器的同相輸入端。當IOVRETRY引腳電壓超過0.5V時，開關動作被禁止；當IOVRETRY引腳電壓降至0.5V以下時，開關動作可恢復。當OVLO引腳電壓超過0.5V時，開關動作被禁止；而當OVLO引腳電壓隨后降至低于0.5V時，開關動作則要到鎖存器被復位之后才能恢復。這三個引腳為定制LTM4641的運行方式提供了附加的靈活性。


圖2：用于設定輸入UVLO、IOVRETRY和OVLO門限的電路

效率

圖3示出了當采用12V的典型輸入電壓時LTM4641的效率曲線（針對圖1所示的電路）。盡管內置了所有這些保護電路，LTM4641仍能實現高效率。


圖3：LTM4641的效率曲線