汽車、工業和分布式應用通常會使降壓型 DC/DC 轉換器承受各種各樣的電源電壓瞬變。高壓功率尖峰和輸入電壓驟降會破壞敏感電路并危及系統可靠性。為避免損壞，大多數應用依賴于使用 MOSFET 作為傳輸元件的 Tranzorb 或保護電路來抑制輸入電壓瞬變。如果將 N 溝道 MOSFET 用于此目的，則需要一些在輸入軌上方提供柵極驅動的方法，以使 MOSFET 偏置導通。產生這種偏差是大多數工程師希望避免的不良并發癥。

LT?3504 是一款 4 通道單片式降壓型穩壓器，專為 100% 占空比操作而設計。其獨特的架構提供了一種偏置電壓，該偏置電壓很容易適應一種 N 溝道保護方案，從而使 LT3504 能夠在過壓瞬變和低至 3.2V 的壓差條件下連續運作。在其眾多特性中，LT3504 包括輸出電壓跟蹤和排序、可編程頻率、可編程欠壓閉鎖和一個電源良好引腳，用于指示所有輸出何時處于穩壓狀態。

四通道 1A 降壓型穩壓器

圖1所示為工作在3.2V至30V范圍的4輸出、1A降壓型穩壓器的完整應用電路。Q1提供高達180V的浪涌保護。片內升壓穩壓器產生比輸入電壓VIN高5V的電壓軌（VSKY）。在正常工作條件下 （VIN < 33V），VSKY 電源軌為 MOSFET Q1 提供柵極驅動，從而為 LT3504 提供了一個至 VSUPPLY 的低電阻路徑。此外，VSKY引腳為每個降壓轉換器通道中的開關提供基極驅動，從而實現100%占空比，并且無需降壓轉換器中常見的升壓電容器。

圖1.完整的四通道降壓穩壓器，具有 180V 浪涌保護。

啟動行為如圖 2 所示。電阻R2上拉于Q1的柵極，迫使源極連接的VIN跟隨VSUPPLY低約3V。一旦 VIN 達到 LT3504 的 3.2V 最小啟動電壓，片內升壓型轉換器將 VSKY 電源軌調節到 VIN 以上 5V。二極管D3和電阻R3自舉Q1的柵極至VSKY，充分增強了Q1。這通過Q1的低電阻漏源路徑將VIN直接連接到VSUPPLY。應該注意的是，在VSKY存在之前，最小輸入電壓約為6.2V。然而，隨著 VSKY 處于穩壓狀態和 Q1 的增強型，最小運行電壓降至 3.2V，從而使 LT3504 能夠通過深輸入電壓驟降來維持穩壓。圖 3 示出了在 LT3504 的 3.2V 最小輸入電壓下工作的所有通道。

圖2.圖 1 的啟動行為。

圖3.圖 1 的壓差性能。

用于多個輸出的過壓輸入瞬態保護

圖 4 示出了 LT3504 通過一個 1V 浪涌事件在 180A 負載下調節所有四個通道而不中斷。隨著電源電壓的升高，齊納二極管D1將Q1的柵極電壓箝位至36V。源跟隨器配置可防止 Vin從上升到大約 33V 以上，遠低于 LT3504 的 40V 最大輸入電壓額定值。LT3504 采用逐周期峰值電流限制以及箝位二極管電流限制檢測，以保護器件和外部調整器件在過載條件下不致攜帶過大的電流。

圖4.過壓保護可承受 180V 浪涌。

請記住，在過壓事件期間，Q1會出現顯著的功耗。MOSFET 結溫必須保持在絕對最大額定值以下。對于圖4所示的過壓瞬態，MOSFET Q1傳導0.5A （所有降壓通道上的負載為1A），同時承受VSUPPLY （180V）和VIN （33V）之間的電壓差。這導致峰值功率為74W。由于圖4中的過壓脈沖大致呈三角形，瞬態事件期間的平均功耗約為峰值功率的一半。因此，平均功率由下式給出：

為了近似過壓瞬變引起的MOSFET結溫上升，必須確定MOSFET瞬態熱響應以及MOSFET功耗。幸運的是，大多數MOSFET瞬態熱響應曲線由制造商提供（如圖5所示）。對于 400ms 脈沖持續時間，FQB34N20L MOSFET 熱響應 ZθJC（t） 為 0.65°C/W。MOSFET 結溫升由下式給出：

請注意，通過正確選擇MOSFET Q1，可以承受更高的輸入電壓浪涌。請查閱制造商數據手冊，確保 MOSFET 在其最大安全工作區域內工作。

圖5.FQB34N20L MOSFET 瞬態熱響應。

電感尖峰保護

輸入電壓瞬變與低ESR輸入電容相結合，會產生較大的電感尖峰，這可能會損壞降壓轉換器。這些高dV/dt事件會導致大浪涌電流流入電源連接和濾波電容器，尤其是在寄生電感和電阻較低的情況下。外部柵極網絡C1和D2通過控制Q1的柵極電壓壓擺率來限制這些浪涌電流。由于VIN跟隨Q1的柵極電壓，因此與VSUPPLY上突然出現的輸入電壓瞬變相比，外部柵極網絡迫使VIN適度斜坡，如圖6所示。

圖6.快V供應dV/dt 被 V 阻止在按系列 MOSFET 和柵極網絡。

結論

串聯 MOSFET 的高電壓關斷能力可阻止危險的尖峰到達 LT3504。在正常工作期間，LT3504 的內置升壓型穩壓器可實現 100% 的開關占空比操作，并用作一款出色的 MOSFET 柵極驅動器。LT3504 與一個 MOSFET 和柵極箝位一起提供了一個瞬態穩健、緊湊的多輸出解決方案。

審核編輯：郭婷