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    智能功率开关由于内部集成了一些保护元件和寄生的半导体特性,因此需要考虑电源反接的特性,主要考虑高边开关和低边开关的情况。在智能功率开关的地线断开时,需要考虑可能存在的潜在问题。

    1.高边开关

首先考虑的是高边开关,需要特别注意其反接保护时的情况,如下图所示为典型的反接时的通路。但电源反接时,可以找到两条可以传导的路径。

①路径1:通过负载和高边开关内部的寄生二极管的通路。这是由于一般的高边开关采用是NMOS的管子,存在着一条电流的通路。此时负载也在工作,通常情况下高边开关并不会烧毁,仅仅是负载会持续导通,并且高边开关不具备过热保护和诊断的功能。在不同的厂家定义中,这并不是一种一定要避免的情况。如果想要彻底解决电源电压反接时负载导通的问题,可以采取模块的电源线路反接保护的电路,在前面的章节中已经有了详细的介绍

②路径2:通过内部的保护电源端的齐纳管。由于高边开关需要抵抗电源的浪涌电压脉冲,在设计中必须都会包含齐纳稳压管的设计。因此在模块内部的反接中,就会出现地线一齐纳稳压管一电源端这样一条低阻抗的回路。此时的电流将非常大,很快会烧毁高边开关

对于高边开关,必须要在逻辑地线上对第2种传导路径进行处理。一般有4种不同的处理方法可供选择:大电阻限流、二极管钳位、二极管与电阻并联和使用PM()S管,如下图所示，下面对这4种方法进行分析。

①采用大电阻限流:这并不是一种非常理想的方法,对于电阻来说,它的选择较为困难。在芯片工作电流一定的情况下,如果电阻上的压降很大,将可能导致输出控制电位与输人电位不兼容,这时得到可选取最大电阻:VDRop=IsXRGND。

如果规定了系统的反接电流的限制,则需要验算此时的最小电阻VeT=IREvXRcwp十Vmope;最后需要验证电阻的封装:PR=(VBTT-VpE)'/RGND。需要注意:当负载的电流波动、产生电压型的脉冲或本身电源具有一定的电压脉冲时,就很容易耦合到电阻上。这会导致两个不良的影响,输人引脚和反馈引脚上的电压会有不理想的电压脉冲,可能导致端口损坏或者高边开关不正常的关闭。因此,一般都在输出和输入口后

添加限流电阻,阻值在10kΩ以上。

②采用二极管钳位:仅仅适用于阻性负载的情况,这是由于其固定的管压降引起的。与电阻的方式一样,电源线和负载端的负极性的电压脉冲将会无法泻放,二极管阻碍了所有的负极性脉冲回路,因此可能会造成损坏。

③采用二极管与电阻并联:有了以上两者的共同作用,整个元器件的筛选工作会更简单对电阻和二极管都没有非常特殊的要求。当电路正常工作时,二极管很好地限制了乐降的大小,因此电阻可以选择更大的阻值;在负脉冲时作用时,电阻可以作为有效的低阻抗回路。一定程度上,这是成本和质量最优的方案,被大部分公司所采用,特别是多个高边开关可以共用一个反接保护电路。

④采用PMOS管:采用这种方法优点和缺点都很明显。优点是由于内阻较小,无论正负脉冲都不会受到影响,并且正向导通时压降非常小。缺点也异常明显,为了保护PMOS管瞬间栅源极间电压过大,需要加人额外的稳压管和电容,因此电路需要采用的额外器件较多,使得模块成本增加。

2.低边开关

其次需要考虑的是低边开关,如果继电器在内部预置了保护二极管,就会形成一条阻抗很低的通路,当反接时低边开关过热保护不工作,就很容易损坏。对这种情况的处理,一般考虑为低边开关串联二极管进行防反接保护，

 智能功率开关反接电流限制的设计需要考虑以下几个方面：

1：参数计算要求：

当系统规定了反接电流限制时，需计算最小电阻值：VeT=IREvXRcwp+Vmope

必须验证电阻封装规格：PR=(VBTT-VpE)²/RGND

2：负载电流波动的影响：

在以下情况时，电压脉冲可能耦合到电阻上：

负载电流波动

电压型脉冲产生

电源本身存在电压脉冲

这会导致两个主要问题：

输入/反馈引脚出现异常电压脉冲

可能造成端口损坏或高边开关误关断

3：防护方案比较：

方案① 限流电阻：

在输入/输出端口添加10kΩ以上的限流电阻

方案② 二极管钳位：

仅适用于阻性负载（受限于固定管压降）

缺点：无法泄放电源线/负载端的负极性脉冲

可能导致器件损坏

方案③ 二极管并联电阻（推荐方案）：

综合了前两种方案的优点

优势：

a) 简化元器件筛选（无特殊要求）

b) 正常工作时二极管限制压降，可选用较大阻值电阻

c) 负脉冲时电阻提供低阻抗回路

经济性佳，被广泛采用

特别适合多高边开关共用反接保护电路

方案④ PMOS管方案：

优点：

a) 低内阻，不受正负脉冲影响、b) 正向导通压降小

缺点：

a) 需额外稳压管和电容保护栅源极  、  b) 电路复杂度高   、 c) 成本增加

4 ：低边开关保护：

继电器内置保护二极管时：会形成低阻抗通路

反接风险：低边开关过热保护失效导致损坏

解决方案：串联二极管实现防反接保护