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汽車和工業(yè)應(yīng)用中常常遇到持續(xù)時(shí)間從幾微秒到數(shù)百毫秒的高壓電源尖峰。這些系統(tǒng)中的電子產(chǎn)品不僅必須耐受瞬態(tài)電壓尖峰而不被損壞，而且在很多情況下還必須在出現(xiàn)電壓尖峰時(shí)自始至終可靠工作。在電源通過長導(dǎo)線分配的系統(tǒng)中，負(fù)載步進(jìn) (即負(fù)載電流突然變化) 會引起嚴(yán)重的瞬態(tài)。尤其引人注意的是負(fù)的負(fù)載步進(jìn)，這時(shí)負(fù)載電流從較大的值降低為較小的值。負(fù)的 dl/dt 引起導(dǎo)線寄生電感，產(chǎn)生正向高壓尖峰，這可能引起由同一條導(dǎo)線供電的周圍器件之損壞。快速負(fù)載切換 (如繼電器、開關(guān)觸點(diǎn)、固態(tài)負(fù)載切換等) 會產(chǎn)生尤其高的 dl/dt 值。電源和負(fù)載之間的連接受到損害可能導(dǎo)致電流突然中斷，從而產(chǎn)生大的 dl/dt 值。最能說明問題的一個例子是汽車拋負(fù)載，在這種情況下，震動和終端受損造成與電池的連接突然斷開。

拋負(fù)載可能引起電壓浪涌，且該浪涌可能持續(xù)數(shù)百毫秒時(shí)間。根據(jù)汽車工程師學(xué)會 (Society of Automotive Engineers) 的數(shù)據(jù)，這種瞬態(tài)電壓的幅度可能高達(dá) 125V。典型的拋負(fù)載曲線如圖 1 所示，其具有 5ms 的上升時(shí)間，并呈指數(shù)性衰減 (具有一個 200ms 的時(shí)間常數(shù))。在工業(yè)系統(tǒng)中，由于螺線管及電機(jī)中的再生制動會引發(fā)相似的事件。

圖 1：典型拋負(fù)載曲線

業(yè)界強(qiáng)烈需要用于抑制浪涌、尖峰和瞬變的方法，從而使得關(guān)鍵性的電子子系統(tǒng)不僅可以安然承受，而且還能在此類過程中繼續(xù)運(yùn)作。持續(xù)時(shí)間很短的過程 (例如：尖峰和瞬變) 可以容易地利用基于電感器的濾波器和大的旁路電容器來抑制。而持續(xù)時(shí)間較長的浪涌抑制起來則不那么容易，其需要依賴于高功率分路箝位器和有損耗的串聯(lián)限流電阻。

目前已經(jīng)開發(fā)了一種隔離任何類型浪涌、尖峰和瞬態(tài)的新方法。LT4356浪涌抑制器用一個外部 N 溝道 MOSFET 實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)-通路穩(wěn)壓器。在通常情況下，LT4356 驅(qū)動 MOSFET，使其完全接通，這樣輸入功率直接通過來到負(fù)載電路，只有一點(diǎn)損耗。如果輸入電壓上升到高于某個值，那么 LT4356 開始將輸出調(diào)節(jié)到一個安全值。MOSFET 作為跟隨器限制峰值饋通，調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間由 MOSFET 柵極上的補(bǔ)償電容器控制。

LT4356 無需笨重的濾波組件，同時(shí)隔離低壓電路使其免受損壞。最重要的是，LT4356 調(diào)節(jié)輸出時(shí)無需在其下游使用高壓額定值組件。相反，可以使用較低成本的低壓組件，LT4356 可以隔離高壓使其不能到達(dá)這些低壓組件。

圖 2 顯示了 LT4356 對拋負(fù)載的響應(yīng)。輸入突然上升到 80V，但是輸出被調(diào)節(jié)到一個安全值。浪涌消散后，LT4356 返回空閑狀態(tài)，將 MOSFET 過驅(qū)動至低損耗工作狀態(tài)。

圖 2：LT4356 對拋負(fù)載的響應(yīng)

電路工作原理

圖 3 所示為 LT4356 的方框圖。除了電壓調(diào)節(jié)環(huán)路之外，其他重要的特點(diǎn)包括過流保護(hù)和反向輸入保護(hù)，以及一種可將電源電流減小至大約 5μA 的微功率停機(jī)狀態(tài)。另外還有一個空余的增益級，其可用作一個高精度比較器或者放大器以提供輔助功能。浪涌電流限制是 GATE 引腳旁路電容器和 LT4356 之受控 GATE 電流的一個額外的好處。當(dāng)存在持續(xù)的輸入過壓或電流過載時(shí)，一個故障輸出可向負(fù)載電路發(fā)出 “操作時(shí)間有限” 的預(yù)警。

圖 3：LT4356 方框圖

調(diào)節(jié)電壓由連接至 FB 引腳的兩個電阻器之阻值比來確定;常見的選擇是將調(diào)節(jié)點(diǎn)設(shè)定為比最大 DC 工作電壓高 5%~10%，或者，也可以將之設(shè)定在一個比下游組件的額定電壓略低的限值。過流限制由一個低值檢測電阻和 LT4356 的內(nèi)部 50mV 電流檢測放大器來設(shè)定。

在漫長的浪涌過程中持續(xù)運(yùn)作的代價(jià)是在外部 MOSFET 中產(chǎn)生大量的功率耗散。為了使 MOSFET 在其能力范圍之內(nèi)工作，LT4356 將在電路處于電壓或電流限制狀態(tài)時(shí)啟用一個定時(shí)器，并在發(fā)生任何損壞之前關(guān)斷 MOSFET。時(shí)間間隔由 Vds 和 Id 來調(diào)整，旨在更好地 (相比于采用固定定時(shí)器) 利用安全工作區(qū)。這兩項(xiàng)參數(shù)均由 LT4356 負(fù)責(zé)監(jiān)察。當(dāng)首次加電或者當(dāng)通過允許 SHDN# 將其自身拉至高電平來啟動 LT4356 時(shí)，通過緩慢地把柵極驅(qū)動至高電平而以一種漸進(jìn)的方式接通外部 MOSFET。這種軟起動提供了浪涌電流限制作用，可最大限度地遏制動態(tài)負(fù)載對于輸入電源的影響，并減輕任何下游熔斷器中的熱疲勞。一旦 MOSFET 完全導(dǎo)通，使能引腳 EN 將變至高電平以啟動負(fù)載電路，例如：一個微處理器或開關(guān)穩(wěn)壓器。