电压浪涌保护器，保护电压浪涌、尖峰和纹波的措施

很多朋友对电压浪涌保护器，保护电压浪涌、尖峰和纹波的措施不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

本文重点介绍与28V DC军车电源相关的美国国防部接口标准MIL-STD-1275，以及其他类似的国家标准，如英国的DEFSTAN 61-5 Part 6。飞机有自己的标准，比如DO-160是民用飞机，MIL-STD-704是军用飞机。虽然具体的脉冲特征发生了变化，但它们在概念上非常相似，因此它们适用于相同的原理。

电压尖峰提供了对电压浪涌、尖峰和纹波的保护，其特征在于持续数十微秒和高达数百伏的电压，这是由雷击或负载阶跃的电感耦合产生的。目前解决方案比较有效，通常采用瞬态电压抑制器，辅以EMI滤波电路和电力电缆电感。

电压浪涌一般高达100V，持续数十或数百毫秒，由甩负荷引起。当负载电路或电池断开时，交流发电机两端的电压在短时间内迅速上升，因此使用相同电源的其他负载遇到相同的电压浪涌。正如我们将在后面看到的，这可能是一个具有挑战性且难以解决的问题。

叠加在输入电源的稳定电压轨上的电压纹波将导致进一步的设计挑战。幅度适中的纹波可以通过输入电容过滤到保护电路中，但在纹波较大、电流较大的情况下，通过保护电路将纹波传输到下游稳压级会更加实用高效。

过压保护电路传统的无源过压保护电路(图1)需要相对较大和笨重的元件，这会引入插入损耗，并可能由于功率需求增加而成为一个问题。将大量能量分流到地面无法保证下游供电，还可能导致无源元件因重复操作而损坏。图1:无源过压保护电路

更好的解决方案是使用线性浪涌抑制器IC，它可以提供更好的性能、过流保护和更多功能，同时减少所需的电路板面积。LT4363高压浪涌抑制器就是一个例子(图2)。我们称这种IC为线性浪涌抑制器，因为其工作原理类似于线性调节器。图2:带电流限制的LT4363电涌抑制器

正常工作下，外部N沟道MOSFET被驱动至全通，充当传输器件，压降非常小。如果输出电压升至FB引脚上电阻分压器设置的调节值以上，MOSFET会调整out引脚上的电压，以便负载电路在瞬态事件期间能够继续工作。

SNS和OUT引脚之间的一个可选电阻用于控制过流事件，限流环路控制MOSFET的栅极电压，将电阻上的检测电压限制在50mV。过压和过流事件都会启动电流源，为连接到TMR引脚的电容充电。充电电流与输入输出电压差有关，使定时器周期随着故障越来越严重而缩短，从而保证MOSFET保持在其安全工作区。

开关浪涌抑制器线性浪涌抑制器为需要高达约4A电流的系统提供了一个极好的解决方案。当超过该电流范围时，电路有效承受长期浪涌的能力将受到MOSFET安全工作区的限制。对于更大的电流，使用专用开关调节器技术可以提供更有效的解决方案。在该技术中，该限制主要成为系统热质量和相关最大结温的考虑因素之一。

图3: LTC7860高效开关浪涌抑制器LTC7860专门设计为高效开关浪涌抑制器和/或输入浪涌电流限制器。正常工作期间，LTC7860处于差分电压或接通模式，并持续驱动外部MOSFET，从而将输入电压传输至输出。

当启动或响应输入过压或输出短路事件时，LTC7860会切换到保护性PWM模式，输出电压被调整到安全值，以便在输入过压事件发生时负载可以继续正常工作。外部比较器限制电流检测电阻上的电压，并调整最大输出电流，以提供过流故障保护。

可调定时器限制LTC7860可用于过压或过流调节的时间。定时器到期时，外部MOSFET关闭，直到冷却期结束后LTC7860重启。通过严格限制功耗较高时保护性PWM模式下的时间，可以针对正常工作条件优化组件和热设计，以便在发生高压输入浪涌和/或过流故障时，组件和设计方案可以安全工作。还可以添加一个PMOS来提供电池反向保护。

通过向LTC7860的电源偏置添加一个简单的分流调节器，最大60V VIN至SGND范围可以扩展到200V以上.线性浪涌抑制器如LT4363和上面提到的LTC7860的开关浪涌抑制器的效率比较，一旦开始调整，功率损耗将显著增加。在线性浪涌抑制器中，功率损耗是起调节作用的MOSFET的功耗。在高效电涌抑制器或开关电涌抑制器中，内部功率损耗由转换效率决定。

线性浪涌抑制器的功耗=VOUT* IOUT* (VIN/VOUT-1)开关浪涌抑制器的功耗=VOUT* IOUT* (1/效率-1)瞬时功耗示例：线性=30V * 4A * (40V/30V -1)=40.0W开关=30v * 4a * (1/92)。

随着功率损耗的降低，开关浪涌抑制器将允许比相同水平的线性解决方案更高的输出电流和功率水平。在开关浪涌抑制器中，内部浪涌功率损耗将增加正常功率损耗的10倍。如果停留在PWM模式调节中的时间有限，运行功率将超过稳态运行时可达到的水平。

作为浪涌抑制器保护的结果，下游元件可以具有较低的额定电压，但是当高VIN降压调节器可用时，为什么不使用其中之一并避开保护电路呢？尽管这可能是有吸引力的，但是这种降压调节器电路将需要针对最坏情况确定的元件，并且将不得不采取明显更多的散热措施。此外，这也可能将上游电源置于易受输出短路故障影响的位置。

MIL-STD-1275的要求和性能在军用车辆应用中，LTC7860保护使用28V车辆电源总线工作的设备，并使用评估电路板进行测试。MIL-STD-1275版本E定义了各种电源变化，从稳态运行到启动干扰、尖峰、电涌和纹波，并规定了每种情况的要求。表1总结了这些情况。表1: mil-STD-1275e要求和LTC7860性能

结论之前Lingerlite开发的演示电路DC2150A-C也提供了线性浪涌抑制器解决方案，满足之前MIL-STD-1275修订D规范的要求。专用浪涌抑制器IC为无源保护电路提供了优异的性能，有助于满足未来系统减小尺寸、重量和功耗的要求。

线性模式浪涌抑制器提供了一种出色的低插入损耗解决方案，适用于输出电流高达约4A的系统。开关浪涌抑制器将输出电流能力扩展到超过4A，并且解决方案尺寸小且效率高。

以上知识分享希望能够帮助到大家！