Защита от обратного напряжения для семейства контроллеров защиты Analog Devices

Изучив несколько спецификаций на устройства из «семейства ограничителей перенапряжений, защиты от перенапряжения, защиты от перегрузки по току и автоматических выключателей Analog Devices», я обнаружил, что внешняя защита от обратной полярности выполняется тем же методом, но обнаружил некоторые различия в некоторых подробности.

Ниже приведены три схемы из трех разных таблиц данных. Мне интересно узнать, почему эти схемы отличаются, поскольку я думаю, что они не должны:

документ 1

документ 2

документ 3

Объяснение того, как работает схема защиты от обратной полярности, содержится в техническом описании LTC4366 (стр. 20). Я должен отметить, что три контроллера имеют одинаковый абсолютный максимальный номинал отрицательного напряжения на выводе затвора -0,3 В.

При сравнении 3-х схем:

Первая схема кажется идеальной, поскольку диод D1 блокирует избыточное положительное напряжение от входного источника питания, проходящего к затвору, а диод D2 предотвращает повреждение вывода GATE микросхемы LTC4366, замыкая его на землю, когда затвор M2 имеет отрицательное значение. Резистор R4 на 270 кОм мал, что приведет к более быстрому включению M2.

Вторая схема использует большое сопротивление R5, чтобы блокировать чрезмерные токи от прохождения к выводу GATE в случае чрезмерного положительного напряжения на входе или отрицательного напряжения, присутствующего на GATE M2.

В третьей схеме используется диод для блокировки чрезмерного положительного напряжения на входе, но ничего не используется для защиты вывода GATE от отрицательного напряжения (возможно, полагайтесь на сопротивление R4 (240 кОм).

Мой вопрос: если три схемы предназначены для одной и той же цели защиты от обратной полярности, почему я вижу 3 разных версии и, самое главное, какая схема лучше?

Какие конструкции выходят из строя первыми при превышении +/- 500 В, это лучший вопрос.
Analog Devices не допускает ошибок ни при проектировании, ни при публикации спецификаций. Поскольку каждое устройство имеет собственную топологию ограничения перенапряжения, соответствующую этой конструкции, кто может сказать, что какая-либо из этих конструкций неверна? Выбор «лучшего из» с точки зрения защиты может быть важнее анализа проблемы, которой не существует.
Я думаю, вам нужны разные топологии, потому что уровни рабочего входного напряжения по сравнению с допустимым напряжением затвора MOSFET различны, и вы также должны защищать MOSFET.
@TonyEErocketscientist, где +/- 500 В в автомобильной среде 12/24 В?
Насколько я вижу, то, что вы обвели красным, не единственная часть, которая меняется.
Все добавленные схемы обратной полярности предназначены для защиты ворот каждой микросхемы, верно? Мне не ясно, как можно остановить выходной контакт от вывода слишком большого отрицательного напряжения. Имеет смысл просто поддерживать контакты питания микросхем на правильном уровне. Обратите внимание, что это выше моего уровня понимания, и мне нужна ваша помощь, прежде чем вы сможете получить мою. Я не имею в виду, что в вашем вопросе ошибка.
Да, абсолютно то, что говорил @Daniel Tork. 3-я цепь, например, не имеет НИКАКОЙ защиты от обратной полярности...
@DanielTork третья схема добавляет обратную защиту для нижестоящих устройств. Сам контроллер (LTC4380) выдерживает обратное напряжение на выводе VCC без повреждений.
Автомобили @ElectronS на 12 В рассчитаны на отключение аккумулятора при импульсах -100 В 5k, а автомобили на 24 В рассчитаны на импульсы -600 В 5k. Таким образом, каждый дизайн имеет разные требования, следовательно, разные дизайны.
fhlb, я подумываю убрать из схемы то, что вы обвели, и написать ответ, касающийся каждого, анализируя, как будет защищен выход, когда входное напряжение становится отрицательным. Как вы думаете, это решит ваш вопрос?
@DanielTork Да, действительно
@DanielTork «как можно помешать выходному контакту выдавать слишком большое отрицательное напряжение» - почему с использованием устройств, которые пропускают постоянный ток только в том случае, если он имеет определенную полярность (например, с компонентами, описанными выше). «Более разумно просто поддерживать контакты питания микросхем на правильных уровнях» — это гораздо более сложная задача, если вы действительно ожидаете, что эти устройства будут работать и с входом обратной полярности. Настолько сложнее, что примерно в 90% случаев это не стоит затрат и усилий.
@TonyEErocketscientist «Какие конструкции выходят из строя в первую очередь при превышении +/- 500 В» - на самом деле ни одна из описанных выше конструкций не предназначена для защиты чего-либо вблизи 500 В, не говоря уже о выше этого.

Ответы (2)

На самом деле я думаю, что ни один из компонентов, которые вы обвели на всех схемах, вообще не отвечает за защиту от обратного напряжения (как вы правильно указали на это во всех трех случаях: «диод D1 блокирует чрезмерное положительное напряжение от входного питания » , «R5 для блокировки прохождения чрезмерных токов на вывод GATE в случае чрезмерного положительного напряжения на входе питания» и «диод для блокировки чрезмерного положительного напряженияна входе питания"). Секрет на самом деле заключается больше в особом расположении диодов и транзисторов непосредственно возле источника питания и связанных с ними полевых МОП-транзисторов (D3, D4, Q2 и M2 в первой схеме, D2, D3, Q3 и Q2 во втором, плюс соответствующие резисторы смещения, конечно).Они гарантируют, что напряжение подается на цепи только в том случае, если оно имеет правильную полярность.3-я схема немного отличается в этом отношении (с дополнительным стабилитроном D1 для регулирования, вероятно, из-за более широкого диапазона входного напряжения этой ИС), но в остальном схема защиты от обратной полярности все та же (обеспечивается компонентами D2, Q3 и M2). Механизм этих схем объясняется в техническом описании LTC4366, которое вы Связал в вашем вопросе довольно хорошо, я бы сказал.

«Дьявол кроется в деталях». Мне любопытно узнать, почему эти схемы связаны по-разному.
@fhlb Это связано с несколькими факторами, включая внутреннюю конструкцию ИС и обратные напряжения (и переходные процессы), от которых предназначены схемы. Третий дизайн отличается тем, что «LTC4380 спроектирован так, чтобы выдерживать обратное напряжение без ущерба для себя», поэтому для его вывода Vcc достаточно простого стабилитрона для адекватной защиты. Вторая конструкция предназначена только для защиты от обратной полярности и скачков напряжения -80В, а не 150В (как в 3-й конструкции) или 250В (как в 1-й).
Несмотря на это, в нем по-прежнему используется дополнительный диод (D1, TVS-диод). Первая конструкция обеспечивает защиту от самых высоких скачков напряжения (250 В для защиты от скачков напряжения, исходящих от генератора переменного тока без подавления сброса), но это достигается за счет использования большего количества диодов, которые вызывают «дополнительные потери мощности, выделяют тепло и уменьшают доступное питание. диапазон напряжения. Во время холодного пуска дополнительное падение напряжения на диоде особенно нежелательно». - Короче говоря, выбор «правильного» дизайна — это, как всегда, компромиссы. Вы либо делаете его более эффективным, либо более отказоустойчивым.
то, что вы процитировали («дополнительные потери мощности ...»), было описанием недостатков использования последовательного диода для блокировки обратного напряжения.
@CoolKoonthe вторая конструкция предназначена для того, чтобы выдерживать скачки напряжения 250 В ... хотя тип скачков напряжения 250 В не упоминался (проверьте нижний колонтитул изображения).
Ой, я только что понял, что перепутал схемы в своих предыдущих комментариях, извините. Итак, я бегло взглянул и еще раз: это из-за различий в конструкции микросхем: LT4363 имеет абсолютный максимум на выводе GATE при SNS + 10 В, поэтому фактически 110 В макс. (если произойдет временный всплеск, он также появится на выводе SNS в полном объеме). Это устраняет необходимость в диоде. Для сравнения, LTC4366 имеет абсолютный максимум 15 В для вывода GATE, поэтому в этом случае необходим защитный диод. Вы в основном сравниваете яблоки с апельсинами здесь.
И на самом деле скриншот вводит в заблуждение, потому что из выложенных вами конструкций только первая заявляет о стойкости к скачкам напряжения 250 В (как положительным, так и отрицательным). Во втором заявлено -80 В (не 250 В!), а в третьем - 150 В (хотя это явно не указано в проекте, но указано в пояснении к схеме).
вы правы... скриншот исправил...

Случаем защиты от перенапряжения является отключение клеммы +ve аккумулятора с индуктивной нагрузкой, что приводит к отрицательному выбросу.

Ограничение напряжения затвора связано со встроенной защитой диода Шоттки, которая не может выдержать более 1 мА или около того внешнего отрицательного входного сигнала при этом напряжении, чтобы защитить драйвер CMOS от общего режима отказа подложки SCR.

Таким образом, передний привод ворот имеет высокое сопротивление, способное выдерживать -500 В или меньше, в зависимости от класса конструкции и критериев испытаний. Отрицательный всплеск на входе должен включить NPN, чтобы отключить входной полевой транзистор, но до того, как это произойдет, CIss достаточно для проведения всплеска, поэтому зажим должен быть быстрым, а сопротивление коллектора должно быть выше 250 кОм.

В 1-й конструкции добавлен диодный зажим ИЛИ на землю, чтобы поддержать это, используя диоды с хорошими характеристиками VI на желаемой скорости.

Честно говоря, я был озадачен выбором диодов. Сначала я подумал, что диод (D1 на первой схеме, D3 на 3-й) должен быть типа Шоттки, чтобы привод затвора не падал при нормальной работе. Я читал на форумах LT ( ez.analog.com/power/f/qa/52531/ltc7000-negative-voltage ), что вместо него предлагается диод с малой утечкой. Не могли бы вы обновить свой ответ и указать, какая схема (по вашему мнению) лучше защищает вывод затвора как от отрицательных, так и от положительных переходных процессов (а также от перенапряжения и устойчивых событий обратной полярности). Я пытаюсь соответствовать ISO-16750-2 24V
@fhlb На самом деле D1 на первой схеме предназначен только для защиты от обратной полярности, он вообще не должен пропускать слишком большое напряжение (о чем также свидетельствует наличие R4 и D2). В конце концов, M2 должен управляться входным напряжением, а не микросхемой. То же самое и с D3 и R4 на 3-й схеме. И это действительно полностью согласуется с тем, что вы читали о предпочтении диода с малой утечкой.
Поскольку время ионизации воздуха для запуска дуги имеет задержку из-за малой емкости, C всплеск напряжения падает dV/dt=I/C, но когда дуга зажигается с туннелированием, скорость нарастания тока дуги даже выше в xxx пикосекундный диапазон с резонансом, что значительно усложняет задачу «идеального диода» здесь V(t),I(t) источника импульсов. Отсюда и все диоды. Мой выбор - 1-й дизайн.
@CoolKoon D1 также используется для блокировки прохождения высокого напряжения на затвор M1 в случае перенапряжения на входе (обратите внимание, что исток M1 отличается от истока M2). Когда M1 отключен, его затвор будет управляться контроллером защиты до напряжения, присутствующего на выводе OUT, в то время как на затворе M2 есть напряжение, равное входному напряжению. если это напряжение пройдет на затвор M1, Vgs(max) может быть нарушено (выход иногда ниже, чем Vin более чем на 20 В)
@fhlb Конечно, D1 также используется для блокировки перенапряжений от прохождения к затвору M1, но обычно (то есть почти во всех других примерах схем таблицы данных) выход GATE микросхемы (LTC4366) не подключен к входного напряжения вообще, поэтому без схемы защиты от обратной полярности этой проблемы бы не существовало.
@TonyEErocketscientist, на какую емкость вы конкретно указываете здесь?
Защита от обратного напряжения для семейства контроллеров защиты Analog Devices
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v