防止电源电压瞬变的串联保护电路

　

　　低压电源线上的瞬变电压幅值有时能达到标称电压的许多倍。这种情况常常要求对设备保护防止有人使用不适当的功率电平。防止敏感电路过电压的常用方法是增加并联嵌位电路。保险丝或其他限流器件处于这些嵌位电路的高能吸收能力之前。其他情况由于难以安装或更换保险丝、工作环境不可接近或者需要不间断工作而要求使用高压串联保护电路（而不是并联嵌位电路）。图1所示串联保护电路使用一个串联的高压N沟道MOSFET电源开关Q₁和一个快速过电压探测器来关闭电源开关。电源开关和串联电源整流器D₁能防止负载上出现高达±500V瞬变高压和连续过电压。

　　在这种用12V标称电压电源线提供1A负载电流的电路中，一个高端开关驱动器IC₁对完全接通的电源开关提供偏置。你可以通过改变D₁和Q₁来提高最大负载电流。为了预防出现很低的电源电压， IC₁内含一个在电源电压高于10V时才能工作的欠压锁定电路。为防止出现过压，该电路使用一个由3只晶体管组成的、无偏置电流的、50纳秒过电压探测器，该探测器在当输入电压达到20V左右时起触发作用。此时，Q4将电源电压的栅极快速对地短路，强行关闭电源。升高的过电压首先使齐纳二极管D₂导通，D2将IC两端的电压嵌位在18V左右以保护IC。齐纳电流流过2.2kΩ电阻器，产生一个使Q₂导通的偏置电压。Q2导通引发一系列快速的动作：Q₃导通，导致Q₄导通，又导致Q₁栅极电容快速放电而使Q₁截止。

　　你可以这样来验证该电路的性能：该电路在12V电源电压下输出1A电流时，在电源电压上加一个150V瞬变电压（图2）。瞬变电压电源的内部阻抗为1Ω，所加电压的上升时间为1ms。该电路在正常工作时吸收20mA电流，其中3mA被过电压锁定、电压探测分配器所吸收，17mA被IC₁所吸收。如果你的设计需要在高温条件下工作，则请注意IC₁的栅极电流输出是相对受限制的。你在进行高温设计计算时，需要密切关注其他电路元件产生的漏电流。