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兩種過壓保護(hù)方法的基準(zhǔn)比較:MOSFET與可控硅整流器

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:Jason Sekanina and Wi ? 2023-04-15 11:19 ? 次閱讀

由于電子子系統(tǒng)在整個(gè)產(chǎn)品的可靠和安全運(yùn)行中起著重要作用,因此建議在DC/DC降壓穩(wěn)壓器周圍增加一個(gè)過壓保護(hù)電路,以防止損壞最新的數(shù)字邏輯處理器,因?yàn)樗鼈兊慕^對最大電壓(在某些電源軌上為《2V)明顯低于中間總線電壓。(有關(guān)需要此類保護(hù)的工作環(huán)境和條件的進(jìn)一步見解,請參閱“μModule穩(wěn)壓器為低壓μ處理器、ASICFPGA供電并保護(hù)其免受中間總線電壓浪涌的影響”)過壓保護(hù)電路的一個(gè)關(guān)鍵部分是撬棍,該組件在觸發(fā)時(shí)使降壓穩(wěn)壓器的輸出和接地連接短路,以減輕負(fù)載上的電壓應(yīng)力。

用作撬棍的兩個(gè)最常見的電路元件是MOSFET可控硅整流器(SCR),也稱為晶閘管。我們比較了兩款器件使用 LTM1 保護(hù)現(xiàn)代數(shù)字邏輯內(nèi)核典型值的 0.4641V 輸出軌的能力,該輸出軌為 38V在,10A降壓穩(wěn)壓器作為我們的測試平臺(圖1)。該μModule穩(wěn)壓器具有集成的輸出過壓檢測電路和撬棍驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)在輸出端檢測到輸出過壓情況時(shí),撬棍引腳上的內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器在 500ns 內(nèi)變?yōu)楦唠娖?,MSP 上的 MOSFET 斷開輸入電源的連接,V英赫來自 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

figure-1.jpg?la=en&h=300&imgver=1

圖1.LTM4641 38V在、10A 降壓穩(wěn)壓器

測試條件

在我們的測試中,我們假設(shè)標(biāo)稱輸出電壓為1.0V,代表現(xiàn)代邏輯器件(包括FPGA、ASIC和微處理器)的核心電壓??焖龠^壓響應(yīng)時(shí)間對于保護(hù)低壓邏輯至關(guān)重要,其絕對最大額定電壓范圍通常為標(biāo)稱值的110%至150%。當(dāng)上游導(dǎo)軌是中間總線電壓(例如12V,24V和28V)時(shí),這一事實(shí)尤其重要。在我們的測試中,輸入電壓設(shè)置為38V,可調(diào)輸出過壓保護(hù)觸發(fā)閾值保持在標(biāo)稱輸出電壓的110%的默認(rèn)值。

結(jié)果

場效應(yīng)管

首先是MOSFET。恩智浦PH2625L 3mΩ,1.5V千,將 100 × 5mm 功率 SO-6 中的 8A MOSFET 安裝為撬棍,柵極與撬棍驅(qū)動(dòng)器引腳相連。在 V 的直接短路下英赫對于SW,偏移從未超過標(biāo)稱值的1.16V或116%(圖2)。

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圖2.恩智浦PH2625L MOSFET撬棍V的過壓響應(yīng)外在V直接短路的情況下永遠(yuǎn)不會(huì)超過1.16V英赫到軟件

SCR #1

接下來,我們用Littelfuse的可控硅整流器(SCR)替換MOSFET,并將CROWBAR驅(qū)動(dòng)器引腳連接到SCR的柵極。Littelfuse S6012DRP 的額定峰值浪涌電流、100.1V 峰值導(dǎo)通狀態(tài)電壓和 6.1V 觸發(fā)閾值,采用 5.6 × 6.11mm TO-5 封裝。從 OVP 事件接合保護(hù)后,輸出電壓保持相對恒定在 252.1V,比標(biāo)稱穩(wěn)壓高出 6%,與 Littelfuse SCR 的峰值導(dǎo)通狀態(tài)電壓一致(圖 60)。在 V 處添加的探頭 英赫向我們表明,即使輸入電源已經(jīng)降低到接近零,V外仍然保持高位。顯然,Littelfuse SCR 無法提供有效的過壓保護(hù)。

figure-3a.jpg?la=en&h=300&imgver=1

圖3.使用輕特保險(xiǎn)絲的過壓響應(yīng) S6012DRP 可控硅撬棍 S6012DRP 可控硅無法拉動(dòng) V外低于 1.6V外(V以上60%奧特諾姆)

SCR #2

對于我們的下一個(gè)測試,將Littelfuse SCR二極管換成具有較低導(dǎo)通電壓和觸發(fā)閾值的Vishay SCR。Vishay 10TTS08S 的額定峰值浪涌電流、110.1V 峰值導(dǎo)通狀態(tài)電壓和 15.1V 觸發(fā)閾值,采用 0 × 10mm TO-15 封裝。乍一看,使用 Vishay SCR 的 OVP 保護(hù)似乎比 Littelfuse SCR 有所改進(jìn),但輸出電壓峰值更高,為 263.1V 或比標(biāo)稱穩(wěn)壓高 7%(圖 70)。在這種情況下,OVP峰值與SCR的導(dǎo)通狀態(tài)電壓之間似乎沒有相關(guān)性。在兩種情況下,在SCR就位的情況下,輸出電壓在過壓事件開始后達(dá)到4-12μs的峰值,這表明SCR的響應(yīng)時(shí)間延遲。

figure-4a.jpg?la=en&h=300&imgver=1

圖4.使用 Vishay 10TTS08S 可控硅撬棍的過壓響應(yīng) 輸出電壓峰值為 1.7V(高于 V 70%奧特諾姆) 在減少之前

結(jié)論

該基準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持我們的說法,即可控硅整流器(晶閘管)反應(yīng)太慢,導(dǎo)通電壓過高,無法成為當(dāng)今最先進(jìn)的FPGA、ASIC和微處理器的有效撬棍。此外,SCR需要比MOSFET更大的PCB面積,MOSFET的性能優(yōu)于它們。諸如恩智浦PH2625L之類的MOSFET與LTM4641結(jié)合使用,是為最新數(shù)字邏輯器件供電和保護(hù)的更可靠、更有效的方法。

審核編輯:郭婷

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