摘要

本文介紹如何使用拋負載保護電路來防止原型制作過程中出現意外的過壓/反向電壓情況。這種簡單的電路能夠在因一時疏忽而接錯電源時，保護電路不受損壞，從而避免數小時的返工時間。

引言

擔任現場應用工程師的好處在于可以同時處理許多不同的電路。這雖然很有趣，但也帶來了挑戰(zhàn)。在不同電路間切換時，需要拔插一堆雜亂無章的引線和探頭，而隨著所涉及線纜數量的增加，出錯的概率呈指數級上升。往往最基礎的事項最容易被忽視。即使探頭和引線經過反復檢查，確認無誤，但如果供電電源的電壓設置不當，仍可能造成嚴重損壞，導致數小時的返工。

本文所述的電路能夠有效解決上述問題?，F場應用工程師在工作中常會積累大量經過不同程度修改的評估板，其中一些可以變廢為寶，改造成個人使用的設備。該電路基于MAX16126，這是一款過壓/反向電壓保護器件，旨在保護下游電子設備免受汽車電路中施加的錯誤電壓的影響。此類事件可能源于兩種情形：汽車電池連接錯誤，或發(fā)電機與電池斷開引起負載突降，導致電子設備承受的電壓升高。經過一番改造，MAX16126EVKIT評估套件在實驗臺上使用也非常方便。

電路

如圖1所示，MAX16126是一款負載突降保護控制器，旨在保護下游電子設備免受汽車電路中的過壓/反向電壓故障的影響。它通過一個內部電荷泵驅動兩個背靠背N溝道MOSFET，以在輸入電壓位于某一范圍（利用外部電阻進行配置）內時提供低損耗的前向路徑。如果輸入電壓過高或過低，則對MOSFET柵極的驅動信號會被移除，前向路徑被阻斷，對負載的供電隨之中斷。MAX16127與MAX16126類似，但在過壓情況下，它會使MOSFET振蕩以維持負載上的電壓。如果輸入端出現反向電壓，MAX16126的GATE和SRC引腳之間的內部1 MΩ電阻會確保MOSFET Q1和Q2保持關斷，因此負電壓不會到達輸出端。MOSFET以相反方向連接，確保體二極管不傳導電流。

欠壓引腳UVSET用于配置電路的最小斷路閾值，而過壓引腳OVSET用于配置最大斷路閾值。還有一個TERM引腳通過內部開關連接到輸入引腳，當器件處于關斷狀態(tài)時，該開關斷開，避免UVSET和OVSET引腳上的電阻分壓網絡給輸入電壓帶來負載。

在此設計中，UVSET引腳連接到TERM引腳，因此當器件達到其最小工作電壓3 V時，MOSFET導通。OVSET引腳連接到一個電位計，調整該電位計可改變電路的過壓斷路閾值。要將斷路閾值設置為最大電壓，須將電位計調整到其最小值。反之，要設置為最小斷路閾值，須將電位計調整到其最大值。當OVSET引腳上升到1.225 V以上時，IC會關斷MOSFET。過壓箝位范圍應限制在5 V到30 V之間，從而在電位計的上方和下方插入電阻以設置高低閾值。UVSET和OVSET引腳之間連接有齊納二極管，以將這些引腳的電壓限制在5.1 V以下。

假設使用47 kΩ電阻，則可以計算出圖1中的上下電阻值。

圖1.過壓/反向電壓保護電路

要實現30 V的斷路閾值，使用方程1：

要實現5 V的斷路閾值，使用方程2：

將上述方程聯立，得到方程3：

因此

由此，

使用優(yōu)選值，設R3 = 10 kΩ且R2 = 180 kΩ。由此得到29 V的上限和5.09 V的下限。這對于30 V的臺式電源而言非常理想。

測試

圖2即為原型PCB。斷路閾值電壓調整為12.0 V，并對電路進行了測試。

圖2.經過修改的評估套件

低閾值測量結果為5.06 V，高閾值測量結果為28.5 V。使用10 V輸入和1 A負載時，輸入和輸出之間測得的電壓為19 mV，這與MOSFET數據手冊中約10 mΩ的導通電阻相符。

圖3顯示了施加10 V階躍時電路的響應。黃色曲線為輸入電壓，藍色曲線為輸出電壓。斷路閾值設置為12 V，因此輸入電壓幾乎沒有壓降地傳遞到輸出端。

圖3.對MAX16126的輸入施加10 V階躍

輸入電壓增加到15 V并重新測試。圖4顯示輸出電壓保持在0 V。

圖4.對MAX16126的輸入施加15 V階躍

輸入電壓反向，并對輸入施加-7 V階躍，結果如圖5所示。

圖5.對MAX16126的輸入施加-7 V階躍

負輸入電壓增加到-15 V，再次將其施加到電路的輸入端，結果如圖6所示。

圖6.對MAX16126的輸入施加-15 V階躍

當輸入變?yōu)樨撾妷簳r，探測MOSFET的柵極引腳時應小心。參考圖1，Q1的體二極管將兩個源極引腳拉向VIN，后者為負電壓。MAX16126的GATE和SRC連接之間有一個1 MΩ內部電阻，因此當以地為基準的1 MΩ示波器探頭連接到MOSFET的柵極引腳時，示波器探頭就像一個接到0 V的1 MΩ上拉電阻。當輸入被拉到負值時，0 V、柵極電壓和Q2的源極之間形成一個電阻分壓器，Q1的體二極管將Q2的源極拉到負值。當輸入電壓被拉到低于Q2導通電壓的兩倍時，此MOSFET導通，輸出開始變?yōu)樨撝?。使用阻抗更高的示波器探頭可以克服此問題。

結語

對MAX16126評估套件進行簡單修改，即可為用戶在實驗臺上測試電路時因一時疏忽而引發(fā)的負載突降事件中提供可靠保護。使用評估套件中的元器件可構建一個低損耗的保護電路，其額定電壓為90 V，支持高達50 A的負載電流。