ADI浪涌抑制器——为产品的可靠运行保驾护航

一、复杂的电子环境

汽车、工业和航空电子设备所处的供电环境非常复杂，在这种恶劣的供电环境中运行，需要具备对抗各种浪涌伤害的能力。以汽车电子系统供电应用为例，该系统不但需要满足高可靠性要求，还需要应对相对不太稳定的电池电压，具有一定挑战性;与车辆电池连接的电子和机械系统的差异性，也可能导致标称12 V电源出现大幅电压偏移。

事实上，在一定时间段内，12 V电源的变化范围为–14 V至 35 V，且可能出现 150 V至–220 V的电压峰值。这种很高的瞬态电压在汽车和工业系统是常见的，可以持久从微秒到几百毫秒，这将带来巨大的能量。这其中有些浪涌和瞬变在日常使用中出现，其他则是因为故障或人为错误导致。

无论起因为何，它们对汽车电子系统造成的损害难以诊断，修复成本也很高昂。为避免出现故障风险，系统内的电子器件，要么本身必须具备承受这些浪涌的能力，要么就必须被谨慎得保护起来。

图1 工业现场常见的浪涌形式

二、传统的应对方式

传统的过电压(OV)和过流(OC)保护系统往往包括：用于过滤低能量尖峰的电容器和电感、用于过电压保护的瞬态电压抑制器(TVS)、用于直流过流保护的保险丝、用于电池反向保护的系列二极管等。

图2 传统保护架构

尽管这些器件也在不断改进，但这些分立的解决方案体积庞大、不够精密，并且在持续故障期间会烧断保险丝，可能引起以下这些更大范围的停机和故障：

(1)吸收同样的能量，分立器件需要更大的体积。

(2)参数离散，例如同样是SMB封装的78V TVS，其齐纳击穿电压的范围可达1V。

(3)持续或直流的瞬变，可能会烧断保险丝或TVS，需要人工维修。

(4)用于反向保护而串联在功率通路上的二极管，会增加损耗并且带来热的问题。

三、ADI的革新技术——SURGE STOPPER

技术型授权代理商Excelpoint世健的工程师Alex Yang介绍了ADI的革新技术——SURGE STOPPER，SURGE STOPPER能够实现怎样的功能呢?

图3 浪涌抑制器在汽车中的应用

其功能的核心，就是能够保护负载端的电子系统免受高压冲击。并且在电涌施加在系统前端时，能够确保系统不间断运行。当系统的前端供电出现持续的或是直流故障时，能够断开负载连接，直至前端供电重新正常，保护系统自动恢复供电。另一方面，假如后级出现故障，例如过载和短路，那么SURGE STOPPER也同样可以保护前端供电不会被故障的负载所拖垮，可以干净利落地切断故障通道直至其恢复正常。

在实现核心功能的基础上，SURGE STOPPER在设计中考虑了很多细节。例如，工程师可以对嵌位电压进行高精度的微调，而不需要被动地去TVS选型表中选出最接近自己需求的器件。这样既便于工程师设计的更改和迭代，也可以最大限度地减少过度设计，降低成本。

根据市场需求，ADI革新性地针对浪涌问题研发了三类产品，包括：线性浪涌抑制器，开关浪涌抑制器，以及防护控制器。除此之外，ADI仍在不断尝试用新的思路解决浪涌问题。

线性浪涌抑制器

在正常运行期间，一个线性浪涌抑制器完全打开MOSFET的沟道，为负载电流提供一个低电阻路径。

当输入电源电压出现波动时，输出电压会被线性地调节到一个由电阻分压器设置的安全电压，从而实现保护后级负载电路的目的。

在保护状态下，后级电路会保持工作状态。

图4 线性浪涌抑制器

开关浪涌抑制器

在正常运行期间，开关浪涌抑制器完全打开外部MOSFET，让功率顺利通过保护级，从而为后级负载供电。

当输入电压浪涌发生时，立刻切换工作模式，将外部MOSFET作为一个高效率的BUCK稳压器的一部分，通过限制输出电压和电流来保护关键的下游组件。

在保护状态下，后级电路会保持工作状态。

图5 开关浪涌抑制器