电源芯片设计中如何防止因过电压引起的产品故障

通常，在不同的应用中，我们有非常不同的保护电路方案。

不同运算放大器的灵敏度不同，所需的保护级别也非常不同。

这可能需要您具有一定的创造力，最好是成为自己的专家。

尽管在极端环境下进行某些测试会损失一些运算放大器，但这是必要的。

当芯片设计人员将运算放大器的敏感引脚引出芯片时，他们通常会考虑用户是否会认真对待该引脚？还是只是不小心将该引脚直接连接到交流电源？我们都希望设计出一个好的产品，可以应付用户的极端使用。

那么，如何防止设计中因过电压引起的产品故障呢？ OPA320是最典型的运算放大器之一。

其最大额定参数表如图1所示。

它描述了芯片的最大允许电源电压和最大引脚Allow输入电压和电流。

根据参数表的附加说明，如果引脚输入电流受到限制，则无需限制输入电压。

内部钳位二极管允许输入电流为±10mA。

但是，当输入电压远高于正常值时，需要更大的输入阻抗来限制输入电流，这会增加噪声，减小带宽并可能产生其他误差。

当输入电压超过电源轨约0.6V时，钳位二极管开始导通。

通常，许多设备可以承受更大的电流，但是当电压急剧增加时，设备发生故障的可能性就会增加。

通过增加一个外部二极管，可以大大提高该器件承受大电流的能力，并且还可以提高该器件的保护水平。

市场上常见的信号传输二极管，例如无处不在的1N4148，具有非常低的导通电压降（实验室测试表明它比运算放大器的内部二极管至少低100mV）。

与运算放大器的内部二极管并联后，当遇到输入过电流时，大部分电流将流到外部二极管。

肖特基二极管的导通电压较低，可以提高保护性能。

但是缺点也很明显，它的漏电流太大。

在室温下，其反向泄漏电流通常为微安或更大，同时，随着温度的升高，反向电流会增加。

此外，您还需要足够强大的电源。

钳位二极管，无论是运算放大器的内部还是外部，都需要相对稳定的电源来释放能量。

如果故障脉冲太大，过多的电流注入电源轨中，并且电源电压升高（或下拉负电源），则该脉冲将导致电源端子承受过大的电压应力，因为如图2所示。

典型的线性电源无法吸收电流，因此不要期望它作为电源的稳定性如何。

大型旁路电容器可用于吸收大故障脉冲电流。

对于连续的故障电流，可以将齐纳二极管添加到输入引脚和电源中以解决它们。

齐纳二极管的反向击穿电压必须刚好高于系统的最大电源电压，以便齐纳二极管仅在发生故障时才导通。

对于正负电源系统，需要分别在两个电源轨上设计相同的保护电路。

尽管采取了这些措施，引脚输入电压仍可能会超过最大额定参数表中的值，但关键是：最大额定参数表中的值通常过于保守；在此电压或电流下几乎不可能损坏芯片。

一般来说，如果大大超过了这些参数，则设备不太可能损坏（但不能保证）。

将故障钳位到比最大额定参数表中的值高几伏的电压很容易，同时获得较低的故障率。

在许多情况下，设计目标是在降低成本和性能的同时降低故障率。

没有单一的解决方案可以应付所有情况，也没有单一的保护电路可以同时满足所有需求。