電能已深入人類日常生活的方方面面。很難想象沒有冰箱、空調(diào)、電視機的生活會是怎樣的景象。但是，如果電源波動或發(fā)生故障，即使有先進的技術(shù)，電氣設(shè)備也將毫無用處。更關(guān)鍵的問題是設(shè)備因交流輸入線路的波動而導(dǎo)致?lián)p壞。造成線路電壓波動的幾個原因為：需求增加導(dǎo)致電網(wǎng)過載、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不當、或雷電沖擊。無論何種情況，當線路電壓因波動而升高時，都會使電氣設(shè)備面臨電源系統(tǒng)故障的風險。在這種情況下，將交流線路輸入轉(zhuǎn)換為相稱的直流電壓的電源板通常最先受損。本文論述的是反激式AC-DC轉(zhuǎn)換器的保護方案，該方案在預(yù)防家用電器系統(tǒng)的線路過壓時必不可少。

耐雪崩的電源開關(guān)

針對輸入線路波動或過壓，可行的解決方案之一是采用耐雪崩的電源開關(guān)。大多數(shù)集成式電源開關(guān)在內(nèi)部都采用MOSFET作為電源開關(guān)。當電源開關(guān)上具有超出其額定電壓的高電壓時會產(chǎn)生雪崩擊穿，典型的現(xiàn)代功率MOSFET對該情況具有一定的耐受性。然而，該耐受水平會因設(shè)備技術(shù)或芯片設(shè)計而存在很大差異。圖1舉例說明了這種差異。兩款設(shè)備具有非常相似的導(dǎo)通電阻規(guī)格。但在非箝位感應(yīng)開關(guān)(UIS)測試中，F(xiàn)SL系列的故障電流水平要高出10倍以上。這表示FSL系列在設(shè)備損壞前能承受高得多的電流或電能應(yīng)力。本例中為424mJ與3.67mJ。FSL系列內(nèi)置的功率MOSFET采用垂直DMOS結(jié)構(gòu)，而競爭型設(shè)備采用橫向DMOS結(jié)構(gòu)。通常，飛兆半導(dǎo)體FpS™電源開關(guān)產(chǎn)品所采用的垂直DMOS結(jié)構(gòu)，更適合高壓、高功率MOSFET。橫向DMOS結(jié)構(gòu)能使MOSFET更好地集成在邏輯電路中，但它不如垂直DMOS結(jié)構(gòu)那樣能耐受高水平的電能應(yīng)力。實際上，非箝位開關(guān)條件并不常見，因為大部分反激式轉(zhuǎn)換器都集成了緩沖電路，電源開關(guān)關(guān)閉時可箝位高壓尖峰。然而，緩沖電路無法始終將尖峰電壓維持在電源開關(guān)最大額定值以下。在輸出短路或輸入線路過壓等異常情況下，電源開關(guān)可能遭擊穿。在這種情況下，更佳的雪崩耐受度有助于保持反激式轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

帶輸入過壓保護的FpS電源開關(guān)（FSLMRIN系列）

如果線路因波動而導(dǎo)致過壓，則內(nèi)部功率MOSFET會在處于漏源極范圍內(nèi)的多種電壓條件下關(guān)閉并可能導(dǎo)致雪崩擊穿。即使電源開關(guān)的內(nèi)部MOSFET能夠在瞬態(tài)或異常條件下耐受一定程度的電能應(yīng)力，也應(yīng)當將其作為避免故障的最后一道防線，這是因為，如果應(yīng)力超過器件耐受范圍，則器件將遭到永久損壞。因此，當線路電壓水平過高時，最好將內(nèi)部功率MOSFET的開關(guān)動作關(guān)斷。此時，針對輸入線路過壓提供集成式保護功能的電源開關(guān)對于反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計人員而言便具有極大的優(yōu)勢。FSL117MRIN是一款全新的綠色模式電源開關(guān)，其內(nèi)部MOSFET的額定雪崩耐受度為700V，并集成了輸入線路過壓保護(LOVp)功能。該線路過壓保護功能提供針對線路輸入電壓突然上升的額外保護，并確保反激式轉(zhuǎn)化器的安全運行。圖2表示的是線路過壓保護功能的原理圖?？刂破鲀?nèi)部的電壓檢測電路負責實時監(jiān)控線路輸入電壓。當線路輸入電壓超過預(yù)設(shè)水平VIN引腳上的電壓超過1.95V控制器便會發(fā)出故障信號并關(guān)閉pWM輸出。反激式轉(zhuǎn)換器會在VIN引腳電壓低至1.89V時停止工作。為防止誤觸發(fā)線路過壓保護，該功能僅在線路過壓持續(xù)超過20us后才會觸發(fā)。線路過壓保護功能的另一個重要特性是自動恢復(fù)。即使在故障條件下，控制器也可持續(xù)監(jiān)控線路輸入電壓，并在過壓條件消失時開啟pWM輸出。FSL117MRIN專為滿足客戶需求而設(shè)計，因為家用電器應(yīng)用通常要求自動恢復(fù)模式不閉鎖。有了線路過壓保護功能，內(nèi)部功率MOSFET便能得到有效保護，免受潛在的雪崩擊穿威脅。它還可保證線路輸入電壓波動下反激式轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。

圖3表示的是商用空調(diào)中輸入過壓保護功能的運作情況。該空調(diào)系統(tǒng)的工作電壓為320VAC的交流線路輸入電壓，并且線路電壓會突然增加到336VAC。此時，線路過壓保護功能會得到激活，F(xiàn)pS電源開關(guān)（FSLMRIN系列）會停止運行。當線路輸入電壓返回至正常水平時，保護功能會清零，F(xiàn)pS電源開關(guān)（FSLMRIN系列）會再次執(zhí)行開關(guān)動作。

結(jié)論

飛兆半導(dǎo)體發(fā)布了集成了輸入線路過壓保護(LOVp)功能的全新FpS電源開關(guān)系列產(chǎn)品。它提供了針對線路波動的額外保護以及FpS電源開關(guān)（FSLMRIN系列）耐用的內(nèi)部功率MOSFET。當電網(wǎng)非常不穩(wěn)定時，它為器件提供了重要的保護功能。

圖1內(nèi)部MOSFET的UIS特性

圖2輸入過壓保護

圖3空調(diào)輸入過壓保護和恢復(fù)功能的工作波形

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