汽車、工業(yè)和分布式應(yīng)用通常會(huì)使降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器承受各種各樣的電源電壓瞬變。高壓功率尖峰和輸入電壓驟降會(huì)破壞敏感電路并危及系統(tǒng)可靠性。為避免損壞，大多數(shù)應(yīng)用依賴于使用 MOSFET 作為傳輸元件的 Tranzorb 或保護(hù)電路來(lái)抑制輸入電壓瞬變。如果將 N 溝道 MOSFET 用于此目的，則需要一些在輸入軌上方提供柵極驅(qū)動(dòng)的方法，以使 MOSFET 偏置導(dǎo)通。產(chǎn)生這種偏差是大多數(shù)工程師希望避免的不良并發(fā)癥。

LT?3504 是一款 4 通道單片式降壓型穩(wěn)壓器，專為 100% 占空比操作而設(shè)計(jì)。其獨(dú)特的架構(gòu)提供了一種偏置電壓，該偏置電壓很容易適應(yīng)一種 N 溝道保護(hù)方案，從而使 LT3504 能夠在過(guò)壓瞬變和低至 3.2V 的壓差條件下連續(xù)運(yùn)作。在其眾多特性中，LT3504 包括輸出電壓跟蹤和排序、可編程頻率、可編程欠壓閉鎖和一個(gè)電源良好引腳，用于指示所有輸出何時(shí)處于穩(wěn)壓狀態(tài)。

四通道 1A 降壓型穩(wěn)壓器

圖1所示為工作在3.2V至30V范圍的4輸出、1A降壓型穩(wěn)壓器的完整應(yīng)用電路。Q1提供高達(dá)180V的浪涌保護(hù)。片內(nèi)升壓穩(wěn)壓器產(chǎn)生比輸入電壓VIN高5V的電壓軌（VSKY）。在正常工作條件下 （VIN < 33V），VSKY 電源軌為 MOSFET Q1 提供柵極驅(qū)動(dòng)，從而為 LT3504 提供了一個(gè)至 VSUPPLY 的低電阻路徑。此外，VSKY引腳為每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器通道中的開關(guān)提供基極驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)100%占空比，并且無(wú)需降壓轉(zhuǎn)換器中常見的升壓電容器。

圖1.完整的四通道降壓穩(wěn)壓器，具有 180V 浪涌保護(hù)。

啟動(dòng)行為如圖 2 所示。電阻R2上拉于Q1的柵極，迫使源極連接的VIN跟隨VSUPPLY低約3V。一旦 VIN 達(dá)到 LT3504 的 3.2V 最小啟動(dòng)電壓，片內(nèi)升壓型轉(zhuǎn)換器將 VSKY 電源軌調(diào)節(jié)到 VIN 以上 5V。二極管D3和電阻R3自舉Q1的柵極至VSKY，充分增強(qiáng)了Q1。這通過(guò)Q1的低電阻漏源路徑將VIN直接連接到VSUPPLY。應(yīng)該注意的是，在VSKY存在之前，最小輸入電壓約為6.2V。然而，隨著 VSKY 處于穩(wěn)壓狀態(tài)和 Q1 的增強(qiáng)型，最小運(yùn)行電壓降至 3.2V，從而使 LT3504 能夠通過(guò)深輸入電壓驟降來(lái)維持穩(wěn)壓。圖 3 示出了在 LT3504 的 3.2V 最小輸入電壓下工作的所有通道。

圖2.圖 1 的啟動(dòng)行為。

圖3.圖 1 的壓差性能。

用于多個(gè)輸出的過(guò)壓輸入瞬態(tài)保護(hù)

圖 4 示出了 LT3504 通過(guò)一個(gè) 1V 浪涌事件在 180A 負(fù)載下調(diào)節(jié)所有四個(gè)通道而不中斷。隨著電源電壓的升高，齊納二極管D1將Q1的柵極電壓箝位至36V。源跟隨器配置可防止 Vin從上升到大約 33V 以上，遠(yuǎn)低于 LT3504 的 40V 最大輸入電壓額定值。LT3504 采用逐周期峰值電流限制以及箝位二極管電流限制檢測(cè)，以保護(hù)器件和外部調(diào)整器件在過(guò)載條件下不致攜帶過(guò)大的電流。

圖4.過(guò)壓保護(hù)可承受 180V 浪涌。

請(qǐng)記住，在過(guò)壓事件期間，Q1會(huì)出現(xiàn)顯著的功耗。MOSFET 結(jié)溫必須保持在絕對(duì)最大額定值以下。對(duì)于圖4所示的過(guò)壓瞬態(tài)，MOSFET Q1傳導(dǎo)0.5A （所有降壓通道上的負(fù)載為1A），同時(shí)承受VSUPPLY （180V）和VIN （33V）之間的電壓差。這導(dǎo)致峰值功率為74W。由于圖4中的過(guò)壓脈沖大致呈三角形，瞬態(tài)事件期間的平均功耗約為峰值功率的一半。因此，平均功率由下式給出：

為了近似過(guò)壓瞬變引起的MOSFET結(jié)溫上升，必須確定MOSFET瞬態(tài)熱響應(yīng)以及MOSFET功耗。幸運(yùn)的是，大多數(shù)MOSFET瞬態(tài)熱響應(yīng)曲線由制造商提供（如圖5所示）。對(duì)于 400ms 脈沖持續(xù)時(shí)間，F(xiàn)QB34N20L MOSFET 熱響應(yīng) ZθJC（t） 為 0.65°C/W。MOSFET 結(jié)溫升由下式給出：

請(qǐng)注意，通過(guò)正確選擇MOSFET Q1，可以承受更高的輸入電壓浪涌。請(qǐng)查閱制造商數(shù)據(jù)手冊(cè)，確保 MOSFET 在其最大安全工作區(qū)域內(nèi)工作。

圖5.FQB34N20L MOSFET 瞬態(tài)熱響應(yīng)。

電感尖峰保護(hù)

輸入電壓瞬變與低ESR輸入電容相結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生較大的電感尖峰，這可能會(huì)損壞降壓轉(zhuǎn)換器。這些高dV/dt事件會(huì)導(dǎo)致大浪涌電流流入電源連接和濾波電容器，尤其是在寄生電感和電阻較低的情況下。外部柵極網(wǎng)絡(luò)C1和D2通過(guò)控制Q1的柵極電壓壓擺率來(lái)限制這些浪涌電流。由于VIN跟隨Q1的柵極電壓，因此與VSUPPLY上突然出現(xiàn)的輸入電壓瞬變相比，外部柵極網(wǎng)絡(luò)迫使VIN適度斜坡，如圖6所示。

圖6.快V供應(yīng)dV/dt 被 V 阻止在按系列 MOSFET 和柵極網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)論

串聯(lián) MOSFET 的高電壓關(guān)斷能力可阻止危險(xiǎn)的尖峰到達(dá) LT3504。在正常工作期間，LT3504 的內(nèi)置升壓型穩(wěn)壓器可實(shí)現(xiàn) 100% 的開關(guān)占空比操作，并用作一款出色的 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器。LT3504 與一個(gè) MOSFET 和柵極箝位一起提供了一個(gè)瞬態(tài)穩(wěn)健、緊湊的多輸出解決方案。

審核編輯：郭婷