電能已深入人類(lèi)日常生活的方方面面。很難想象沒(méi)有冰箱、空調(diào)、電視機(jī)的生活會(huì)是怎樣的景象。但是，如果電源波動(dòng)或發(fā)生故障，即使有先進(jìn)的技術(shù)，電氣設(shè)備也將毫無(wú)用處。更關(guān)鍵的問(wèn)題是設(shè)備因交流輸入線路的波動(dòng)而導(dǎo)致?lián)p壞。造成線路電壓波動(dòng)的幾個(gè)原因?yàn)椋盒枨笤黾訉?dǎo)致電網(wǎng)過(guò)載、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不當(dāng)、或雷電沖擊。無(wú)論何種情況，當(dāng)線路電壓因波動(dòng)而升高時(shí)，都會(huì)使電氣設(shè)備面臨電源系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，將交流線路輸入轉(zhuǎn)換為相稱(chēng)的直流電壓的電源板通常最先受損。本文論述的是反激式AC-DC轉(zhuǎn)換器的保護(hù)方案，該方案在預(yù)防家用電器系統(tǒng)的線路過(guò)壓時(shí)必不可少。

耐雪崩的電源開(kāi)關(guān)

針對(duì)輸入線路波動(dòng)或過(guò)壓，可行的解決方案之一是采用耐雪崩的電源開(kāi)關(guān)。大多數(shù)集成式電源開(kāi)關(guān)在內(nèi)部都采用MOSFET作為電源開(kāi)關(guān)。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)上具有超出其額定電壓的高電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生雪崩擊穿，典型的現(xiàn)代功率MOSFET對(duì)該情況具有一定的耐受性。然而，該耐受水平會(huì)因設(shè)備技術(shù)或芯片設(shè)計(jì)而存在很大差異。圖1舉例說(shuō)明了這種差異。兩款設(shè)備具有非常相似的導(dǎo)通電阻規(guī)格。但在非箝位感應(yīng)開(kāi)關(guān)(UIS)測(cè)試中，F(xiàn)SL系列的故障電流水平要高出10倍以上。這表示FSL系列在設(shè)備損壞前能承受高得多的電流或電能應(yīng)力。本例中為424mJ與3.67mJ。FSL系列內(nèi)置的功率MOSFET采用垂直DMOS結(jié)構(gòu)，而競(jìng)爭(zhēng)型設(shè)備采用橫向DMOS結(jié)構(gòu)。通常，飛兆半導(dǎo)體FpS™電源開(kāi)關(guān)產(chǎn)品所采用的垂直DMOS結(jié)構(gòu)，更適合高壓、高功率MOSFET。橫向DMOS結(jié)構(gòu)能使MOSFET更好地集成在邏輯電路中，但它不如垂直DMOS結(jié)構(gòu)那樣能耐受高水平的電能應(yīng)力。實(shí)際上，非箝位開(kāi)關(guān)條件并不常見(jiàn)，因?yàn)榇蟛糠址醇な睫D(zhuǎn)換器都集成了緩沖電路，電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)可箝位高壓尖峰。然而，緩沖電路無(wú)法始終將尖峰電壓維持在電源開(kāi)關(guān)最大額定值以下。在輸出短路或輸入線路過(guò)壓等異常情況下，電源開(kāi)關(guān)可能遭擊穿。在這種情況下，更佳的雪崩耐受度有助于保持反激式轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

帶輸入過(guò)壓保護(hù)的FpS電源開(kāi)關(guān)（FSLMRIN系列）

如果線路因波動(dòng)而導(dǎo)致過(guò)壓，則內(nèi)部功率MOSFET會(huì)在處于漏源極范圍內(nèi)的多種電壓條件下關(guān)閉并可能導(dǎo)致雪崩擊穿。即使電源開(kāi)關(guān)的內(nèi)部MOSFET能夠在瞬態(tài)或異常條件下耐受一定程度的電能應(yīng)力，也應(yīng)當(dāng)將其作為避免故障的最后一道防線，這是因?yàn)?，如果?yīng)力超過(guò)器件耐受范圍，則器件將遭到永久損壞。因此，當(dāng)線路電壓水平過(guò)高時(shí)，最好將內(nèi)部功率MOSFET的開(kāi)關(guān)動(dòng)作關(guān)斷。此時(shí)，針對(duì)輸入線路過(guò)壓提供集成式保護(hù)功能的電源開(kāi)關(guān)對(duì)于反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)人員而言便具有極大的優(yōu)勢(shì)。FSL117MRIN是一款全新的綠色模式電源開(kāi)關(guān)，其內(nèi)部MOSFET的額定雪崩耐受度為700V，并集成了輸入線路過(guò)壓保護(hù)(LOVp)功能。該線路過(guò)壓保護(hù)功能提供針對(duì)線路輸入電壓突然上升的額外保護(hù)，并確保反激式轉(zhuǎn)化器的安全運(yùn)行。圖2表示的是線路過(guò)壓保護(hù)功能的原理圖。控制器內(nèi)部的電壓檢測(cè)電路負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控線路輸入電壓。當(dāng)線路輸入電壓超過(guò)預(yù)設(shè)水平VIN引腳上的電壓超過(guò)1.95V控制器便會(huì)發(fā)出故障信號(hào)并關(guān)閉pWM輸出。反激式轉(zhuǎn)換器會(huì)在VIN引腳電壓低至1.89V時(shí)停止工作。為防止誤觸發(fā)線路過(guò)壓保護(hù)，該功能僅在線路過(guò)壓持續(xù)超過(guò)20us后才會(huì)觸發(fā)。線路過(guò)壓保護(hù)功能的另一個(gè)重要特性是自動(dòng)恢復(fù)。即使在故障條件下，控制器也可持續(xù)監(jiān)控線路輸入電壓，并在過(guò)壓條件消失時(shí)開(kāi)啟pWM輸出。FSL117MRIN專(zhuān)為滿足客戶需求而設(shè)計(jì)，因?yàn)榧矣秒娖鲬?yīng)用通常要求自動(dòng)恢復(fù)模式不閉鎖。有了線路過(guò)壓保護(hù)功能，內(nèi)部功率MOSFET便能得到有效保護(hù)，免受潛在的雪崩擊穿威脅。它還可保證線路輸入電壓波動(dòng)下反激式轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

圖3表示的是商用空調(diào)中輸入過(guò)壓保護(hù)功能的運(yùn)作情況。該空調(diào)系統(tǒng)的工作電壓為320VAC的交流線路輸入電壓，并且線路電壓會(huì)突然增加到336VAC。此時(shí)，線路過(guò)壓保護(hù)功能會(huì)得到激活，F(xiàn)pS電源開(kāi)關(guān)（FSLMRIN系列）會(huì)停止運(yùn)行。當(dāng)線路輸入電壓返回至正常水平時(shí)，保護(hù)功能會(huì)清零，F(xiàn)pS電源開(kāi)關(guān)（FSLMRIN系列）會(huì)再次執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

結(jié)論

飛兆半導(dǎo)體發(fā)布了集成了輸入線路過(guò)壓保護(hù)(LOVp)功能的全新FpS電源開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品。它提供了針對(duì)線路波動(dòng)的額外保護(hù)以及FpS電源開(kāi)關(guān)（FSLMRIN系列）耐用的內(nèi)部功率MOSFET。當(dāng)電網(wǎng)非常不穩(wěn)定時(shí)，它為器件提供了重要的保護(hù)功能。

圖1內(nèi)部MOSFET的UIS特性

圖2輸入過(guò)壓保護(hù)

圖3空調(diào)輸入過(guò)壓保護(hù)和恢復(fù)功能的工作波形

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