任何電子系統(tǒng)都經(jīng)常面臨惡劣的環(huán)境和威脅，例如靜電放電 (ESD)、電快速瞬變 (EFT) 和雷擊浪涌。電源設(shè)計人員必須優(yōu)先考慮電路保護以防止系統(tǒng)故障，尤其是對于具有 24V 電源軌的工業(yè)應用。

電路保護方案能夠保護電源和整個系統(tǒng)免受過流、短路、輸入浪涌電流、過壓、欠壓、輸入反極性保護(通常稱為接線錯誤)和反向電流阻斷等事件的影響。

在本文中，我將概述幾種穩(wěn)健的工業(yè)電源路徑保護方法，包括分立實施、熱插拔加 ORing 控制器方法和集成實施。

離散實現(xiàn)

分立實施方案是最傳統(tǒng)的電源路徑保護方式，在電源路徑中使用保護方案。

分立實施使用串聯(lián)的功率二極管來保護系統(tǒng)免受反極性(接線錯誤)和反向電流的影響。如果電路消耗 2A 電流，它會在二極管上消耗約 1W 的功率，這會增加電路板溫度。諧振電路 (LC) 濾波器和多個 TVS 二極管控制浪涌測試期間的輸入線路瞬變(國際電工委員會 (IEC) 61000-4-5)。

該實施使用 PFET(高側(cè)開關(guān))以及雙極結(jié)型晶體管 BJT、運算放大器、齊納二極管、電阻器和電容器來滿足所有保護要求。該系統(tǒng)解決方案體積龐大，并且具有更大的物料清單 (BOM) 計數(shù)。此外，此實施未解決熱關(guān)斷保護和限流精度隨溫度變化的問題。

通過使用傳統(tǒng)的保險絲，分立的實現(xiàn)可以防止短路事件。保險絲在短路期間需要幾毫秒到幾秒的時間才能斷開，這可能會損壞負載。請務必查看我同事的文，了解有關(guān)升級保險絲的更多信息。

熱插拔加 ORing 控制器方法

另一種常見的電源保護方法是通過熱插拔控制器和 ORing 控制器。該方案使用外部 FET 使設(shè)計更加高效和可靠。不幸的是，這種實現(xiàn)仍然存在挑戰(zhàn)，例如控制外部 FET、外部感測電阻和實現(xiàn)用于輸入反極性保護的附加電路。由于外部 FET 架構(gòu)，此實施難以管理熱和安全工作區(qū) (SOA) 保護。盡管此解決方案比分立實施更好，但它并不適合空間受限的系統(tǒng)，例如輸入/輸出 (I/O) 模塊。

綜合保護方案(eFuse)

另一方面，想象一下您的整個分立實現(xiàn)消失在單個集成設(shè)備中，除了一些組件，如瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管、電阻器和電容器。那真的很酷，對吧?電子保險絲通常將上述所有保護功能高效地集成到單個設(shè)備中，并且設(shè)計工作量最少。除了電源路徑保護之外，EFuse 還包含電壓、電流監(jiān)控和用于系統(tǒng)診斷的故障指示等功能。

FET 的 SOA 保護和強大的熱保護可確保對 eFuse 以及惡劣環(huán)境中的負載提供保護。它也適用于空間受限的應用，因為集成有助于將系統(tǒng)解決方案減少一半以上。

其中一種解決方案是TPS2660，這是業(yè)界首款 60V 背對背 FET 集成電子保險絲。該器件絕對值得考慮用于您的新設(shè)計，因為它支持浪涌電流、過流、短路、輸入反極性保護(接線錯誤)、過壓和欠壓情況的保護。它還為系統(tǒng)診斷提供電流監(jiān)測和故障指示。集成的 60V 背對背 FET 架構(gòu)讓您可以設(shè)計穩(wěn)健的電路并保護負載免受浪涌 (IEC 61000-4-5)、EFT (IEC 61000-4-4) 以及電壓驟降和中斷等行業(yè)標準測試的影響根據(jù) IEC 61131-2 進行測試。

強大而高效的電源保護方案對于電子系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。借助集成保護器件，設(shè)計人員可以更簡單、更高效地創(chuàng)建系統(tǒng)并更快地進入市場。如果您的設(shè)計對 24V 電源軌使用電源路徑保護，請保持領(lǐng)先并立即開始設(shè)計25W PLC 控制器單元的輸入保護和備用電源參考設(shè)計。