过压保护电路实例分析

1.简介

瞬态总线电压会严重破坏集成电路。一个集成电路可以处理的最大电压由设计流程决定，尤其是，一些小的CMOS结构器件能处理的电压很低。瞬态或持续的过压条件将永久破坏设备。

2.电路

LMV431AIMF（D1）可调参考可以确定一个精确的跳变点并且维持温度稳定性。（它有A版本1%或B版本0.5%精度可选择），R1和R2选择精度1%以上的电阻。

LMV431AIMF有两个基本的组件：一个温度稳定的精密带隙参考，和一个高增益误差放大器。下图为LMV431AIMF内部概念图。

输入电压经过R1和R2分压接到FB脚。上图设置跳变点在19.2V，但是跳变点的电压值可以被任意设置，根据下面的公式:

当参考引脚超过1.24V，LMV431的输出被下拉。它的负极可以降到1.2V的饱和点。足够关闭Q2。Q2特别选择了比较高的栅极阈值电压（>1.3V）。真值表如下：

这个电路功能如图三所示。跳变点可在2.7V到60V范围内设置。低于2.7V，电路将进入关断状态。因为没有足够的输入电压满足Q1和Q2栅极到源极的阈值电压。（低于2.7V，不太理解，此处先记下）

在关断状态这个电路负载为42K。稳压管D2和D3限制电压不超过Q1和Q2的最大栅源电压（<20V）。D3同样可以保护D1的负极不超过35V。R4给Q2提供少量偏置，在关断状态，满足Q2的漏极泄漏。主要Q1上的体二极管，这意味着当输入是反向电池（负的输入电压），这个电路对负载没有保护了。为了防止反向电池，需要增加一个阻流二极管或者附加（back to back）PFET。

这个电路启动很快，但重新连接很慢。当侦测到过压条件，C1通过LMV431迅速放电到地。当电路恢复正常时，会存在R3*C1时间常数的延迟。大多数负载（通常是稳压器）都包含大量的输入电容，它可以限制瞬态压摆率率为断开的电路重新连接提供充足的时间。预期瞬态的性质以及电容将决定所需的响应时间。这个电路的关闭动作在12微秒内发生。（此处不理解?）最大瞬态上升时间与Cload时间隔成比例。该电路使用1μF的Cload进行测试。如果期望上升时间很快，瞬态源阻抗很低，建议使用更大的Cload。

3.测量响应时间

图示是电路对12V开关的响应。关闭部分缓慢衰变，因为1uf Cload通过1K测试电阻放电，需要时间。驱动波形显示同样的衰变，因为测试源不吸收电流。

过压下的响应如图5所示。注意过压事件上升很快吗，有时间将输出充电到19.2V。之后，断开的输入的输出电压被1k电阻耗散。

移除Cload，观察驱动速度，见图6。由于输入瞬态的上升时间不受任何电容限制，

在电路动作之前，输出电压被充电至60V。出于这个原因，Cload的值应该适合预期的瞬态上升时间和预期的瞬态源阻抗。

4.负载限制

由于Q1的在85°C的热限制，负载最大550mA。当栅源电压很低时，RDS(ON)变大。如果需要接更大的负载，可以用热功率大（θJA小）或者更低的RDS(ON)替换Q1。