任何電子系統經常遭受惡劣的環境和威脅，如靜電放電（ESD）、電快速瞬變（EFT）和雷電浪涌。電源設計人員必須優先考慮電路保護以防止系統故障，特別是對于具有24V電源軌的工業應用。

電路保護方案能夠保護電源和整個系統免受諸如過電流、短路、輸入浪涌電流、過電壓、欠電壓、輸入反極性保護（通常稱為誤配線）和反向電流阻塞的事件的影響。

在本博客中，我將概述幾種強大的工業電源路徑保護方法，包括離散實現、熱插拔和ORing控制器法及集成實現。

離散實現

圖1：離散保護方案

離散實現方案是功率路徑中使用保護方案的最傳統的功率路徑保護方式，圖1展示一個示例。

離散實現使用串聯功率二極管來保護系統免受反極性（誤配線）和反向電流。若電路吸收2A的電流，它在二極管上消耗約1W的功率，這將增加電路板溫度。諧振電路（L-C）濾波器和多個TVS二極管在浪涌測試期間控制輸入線瞬變（國際電工委員會（IEC）61000-4-5）。

該實現利用PFET（高側開關）及雙極結型晶體管BJT、運算放大器、齊納二極管、電阻器和電容器來滿足所有保護要求。該系統解決方案體積大，并且具有更大的物料清單（BOM）計數。此外，該實現不涉及熱關斷保護和電流限制精度隨溫度的變化。

通過使用傳統的保險絲，離散實現保護系統免受短路事件。短路期間，熔斷器需要幾毫秒到幾秒鐘的時間來斷開，這可能會損壞負載。請務必查看我的同行的博客，了解有關保險絲升級的更多信息。

熱插拔與ORing控制器法

圖2：控制器+ MOSFET保護方案

如圖2所示的電源保護的另一種常見方法是使用熱插拔控制器和ORing控制器。該方案使用外部FET，使設計更高效可靠。不幸的是，這種實現仍然存在挑戰，如控制外部FET、外部感測電阻，及實現用于輸入反極性保護的附加電路。由于外部FET架構，此實現難以管理熱和安全操作區域（SOA）保護。盡管該解決方案優于離散實現，但它不適用于諸如輸入/輸出（I / O）模塊的空間受限系統。

集成實施（eFuse）

圖3：集成保護方案

另一方面，如圖3所示，假設除了一些組件（如瞬態電壓抑制器（TVS）二極管、電阻和電容）外，您的整個離散實現在一個集成器件中消失。這真的很酷，不是嗎？eFuse通常將上述所有保護功能集成到單個設備中，極其有效且在設計時無需花費過多時間。除了電源路徑保護外，EFuses還集成了電壓、電流監控和故障指示等功能，用于系統診斷。

FET的SOA保護和強大的熱保護確保eFuse的保護以及惡劣環境中的負載。它也適用于空間受限應用，因為集成有助于將系統解決方案減少到一半以上。

這些類型的解決方案之一是TPS2660，業界首款60V背靠背FET集成eFuse。您的新設計中絕對值得考慮這一設備，因為它支持防沖擊電流、過流、短路、輸入反極性保護（誤接線）、過電壓和欠電壓條件的保護。它還提供用于系統診斷的電流監視和故障指示。集成60V背對背FET架構使您能夠設計可靠電路，并保護負載免受工業標準測試，如浪涌（IEC 61000-4-5）、EFT（IEC 61000-4-4），及符合IEC 61131-2的電壓驟降和中斷測試。

穩健和高效的電源保護方案對于電子系統設計至關重要。使用集成保護設備，設計人員可以更簡單，更高效地創建自己的系統，且可更快上市。若您的設計針對24V電源軌使用電源路徑保護，您可先人一步，通過輸入保護和備用電源參考設計，開始設計25W PLC控制器單元。

審核編輯：何安淇