电力线瞬变串联保护

本应用笔记介绍了一种保护n沟道功率MOSFET免受低压和高电压影响的电路。它包括一个高端开关驱动器 IC 和快速响应的 3 晶体管过压检测器。

低压电力线上的电压瞬变有时可以达到标称电压电平的许多倍。这些情况需要防止应用不当的功率水平。

保护敏感电路免受过压影响的常用方法是添加并联箝位，其高能量吸收能力之前是保险丝或其他限流器件。其他情况需要使用高压串联保护（而不是并联箝位），因为难以复位或更换保险丝、难以接近的工作环境或需要不间断运行。

图1所示的串联保护电路使用串联的高压n沟道MOSFET功率开关（Q1）和快速过压检测器关闭电源开关。电源开关和串联电源整流器 （D1） 可保护负载免受高压瞬变和持续过压（高达 500V，任一极性）的影响。

图1.该电路保护负载（连接到右边的端子）免受电源电压（连接到左边的一对端子）中的欠压和高压瞬变的影响。

在从标称 1V 电源线为高达 12A 负载供电的电路中，高边开关驱动器 （IC1） 使电源开关完全导通。您可以通过更改 D1 和 Q1 来增加最大负载电流。为了防止低电源电压，IC1具有欠压锁定功能，仅允许在线路电压高于10V时工作。为了防止过压，该电路包括一个3晶体管、无偏置电流、快速（50ns工作）过压检测器，当输入电压达到约20V时触发。这时Q4“撬棍”将电源的闸门接地，用力关掉。

上升的过压首先接通齐纳二极管D2，该二极管通过将两端的电压箝位至约18V来保护IC。齐纳电流流过2.2kΩ电阻，产生一个基极电压，导通Q2。该动作启动一个快速序列：Q3开启，Q4开启，Q1通过快速放电栅极电容关闭Q<>。

电路性能通过在 150 V 时向电源电压施加 1V 瞬变来说明（图 12）。瞬态源的内部阻抗为2Ω，施加电压的上升时间为1μs。该电路在正常工作期间吸收 1μA 电流，其中欠压锁定电压检测分压器 消耗 20μA 电流，IC3 吸收 17μA 电流。

图2.施加于图150电路VIN的1V瞬态电压对VOUT影响不大。

如果需要高温操作，请注意IC1的栅极电流输出相对有限。高温设计计算还应密切关注其他电路元件提供的漏电流。

审核编辑：郭婷