過壓保護及瞬態電壓抑制電路設計

　　利用電池供電的移動設備通常需要通過外置的 AC適配器對系統電池進行充電。而不同供電電壓的設備間往往共用著相似的電源插座和插頭，這些不同電壓標準的適配器往往會給用戶帶來潛在的錯插風險，可能導致設備因過高的電壓而燒毀。另一方面，來自 AC適配器前端的浪涌或者電網的不穩定也有可能導致適配器的輸出電壓超越設備所能承受的范圍。因此，在移動設備設計中就有必要加入充電端口的過壓保護電路，以避免上述情況對設備后端電路的破壞。

　　本文介紹的過壓保護電路由過壓保護開關(OVP Switch)和瞬態電壓抑制器 (TVS)組成(如圖1)，可實現完善可靠的抗持續高電壓和瞬間沖擊電壓的功能。

　　圖1

　　在整個方案中，核心部分器件為過壓保護開關，以美國研諾邏輯科技有限公司(AATI)的過壓保護開關 AAT4684為例，過壓保護開關的內部主要是由控制邏輯電路和 PMOS管組成，當 OVP端的檢測電壓高于特定電壓閾值之后，邏輯電路就會通過柵極關斷 PMOS的溝道。由于該 PMOS管擁有較高的持續性耐壓(28V)，因此可以保護后端的元器件不會因前端電源輸入異常高壓而燒毀(其內部原理如圖2所示)。

　　圖2：AAT46842 內部原理圖。

　　通過以下實驗可以說明當過壓保護開關的輸入端出現過高電壓時它對后端電路所起到的保護作用。

　　圖3所示為測試所用電路原理圖，輸入端為 12V平穩直流源，電源通過一段長度為 1米的導線與 AAT4684的輸入端相連， CH1為 AAT4684輸入電壓的測試點， CH 2為 AAT4684輸出電壓的測試點，CH3為其輸出電流探測點。將 AAT4684的 OVP保護電壓設為 6V(即當電壓超過 6V后，開關管立刻關閉，以保護輸出端的電路)。為體現實際應用中 AC適配器的插拔情況，對系統的上電過程通過導線和電源的機械性拔插來實現。

　　圖3：測試所用電路原理圖。

　　由圖4所示的波形中可以到，在電路上電的時刻，輸入端的電壓很快超過了 6V并最終穩定在了 12V左右，而輸出端電壓由于 OVP開關的作用，始終維持在 0V電壓，即 AAT4684輸出端之后的電路不會因過高的輸入電壓而受到影響，后端電路器件在此時受到了 AAT4684的過壓保護。