电源小白入门学习10——浪涌、防浪涌器件、浪涌保护芯片

浪涌

浪涌，相信不少学习过电子的同学或多或少都通过这个词，但是到底什么是浪涌呢，GPT给我的答案是这样的：

浪涌，也称为瞬态浪涌，是电路中突然出现的瞬间高电压或高电流的变化。这种变化通常持续时间非常短暂，但却可能对电子设备和电路造成严重的损害。浪涌事件可能是由多种原因引起的，其中包括：

浪涌事件的特点包括：

在以往的电路设计过程中，我们都是基于一个理想的状态进行设计的，理想的系统输入是稳定的，没有过充、负压和短路的情况，但在实际的系统中,可能会存在以下几种情况：

这就要求我们设计的电路具有浪涌抑制、过压防护、过流防护的能力。通常我们的做法是在电路中中增加以下元器件，比如保险丝、防反接二极管、TVS二极管、电容电感等。如图：

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确实，这样的方式在通常的常用是够用的，但是对于一些要求比较高的场合，也会存在一些缺点：

尺寸大：在有些场合，我们会采用电容和电感搭配使用的方式，对输入电压进行滤波处理，会导致电路的体积增大
钳位效果差：TVS二极管D12是用来吸收输入的尖峰电压的，当输入电压高于一定值时，TVS二极管反向导通，吸收多余的多余的功率，把输入电压钳位在某一值，但是实际上，TVS二极管的钳位电压与通过的电流有关，所以钳位的效果往往不是很好，
防反接二极管损耗大：D13是用来放反接的，正常情况下，二极管D13是导通的，在上面会存在一个压降，上面的损耗也挺大的
过流不可恢复：F1是保险丝，用来防止短路造成的电流过大，但是F1一般是一次性的，短路后会熔断，不可恢复
不能有效处理长时间的过压：TVS二极管的作用是吸收瞬态的过冲，对于长时间的过压，会导致TVS二极管烧毁
输入斜率不可控：指的是当输入接入后，输出也随之存在，没有办法做到软启动。

下面我们来仔细了解以下这些元器件的工作原理

保险丝作为一种电流过载保护装置，其工作原理是在电流超过保险丝额定值时，保险丝内部的导体会瞬间熔断，切断电路，防止过大电流对电路和设备造成损害。
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常见的保险丝有一次性保险丝和可恢复保险丝两种，可恢复保险丝实际上是PTC热敏电阻，当电流过大时，热敏电阻的温度上升，阻值变得很大，从而实现保险丝的保护功能。但无论是哪一种保险丝，都存在以下几个问题：

除此之外，还有一种电子保险丝，原理时通过采样电阻，对输入电流进行检测，进而控制电路的断开与闭合：具有过流检测、可控制电路通断、可恢复等功能，同时也存在电路复杂，尺寸大、成本高等特点。

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TVS（Transient Voltage Suppression）二极管是一种常用于浪涌保护的主要器件之一，利用二极管的雪崩击穿特性
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下面是TVS二极管的一些重要参数：

TVS二极管的击穿电流： i = （Vbat - Vclamp）/Ri 其中：Vbat = 电池电压，Vclamp = TVS的响应电压，Ri = TVS的等效电阻
响应电压：小于这个电压，TVS二极管不导通，大于这个电压，TVS二极管导通
钳位电压：指的是TVS二极管导通时两端的电压
允许功率：指的是TVS二极管在反向导通的一段时间内能够承受的最大功率。这个参数取决于温度、电压、脉冲和次数等参数，在实际设计中往往很难把握，至少对于现在的的我来说是这样的。

而且TVS二极管也存在以下问题：

前面介绍了一些传统的保护电路和元器件，他们或多或少都存在一些问题，那么有没有更优的方案呢，答案是有的，我们姑且称之为新防护电路吧：

如图是ADI公司的一款浪涌保护芯片LT4364，就可以很好的解决上面存在的一些缺陷，但是也有一个缺点，就是贵，太贵了！下面是我学习到的一些内容：

通过在gate脚引入一个c1电容，就可以控制上电斜率：因为我们可以知道，MOS管Q1的导通电压是确定的，在输出电压确定的情况下，我们就可以Q1栅极电压到达多少时，MOS完全开启，那么只需要增加电容C1就可以控制Q1栅极电压缓慢上升，从而实现控制上电斜率
公式如下：dv / dt = Igate拉电流 / C1 = 30uA / C1 = inrush电流 / CL （其中gate脚的拉电流是从数据手册上得到的，大概在30uA左右）
可见：只要c1取不同的不同的值，既可以得到不同的上电斜率
R1和D1的作用则体现在Q1需要关闭时，避免gate的电平无法突变到低电平和用来个C1放电。