LTC4360-1/LTC4360-2过压保护控制器：为低电压系统保驾护航

在当今电子设备高度集成化的时代，像手机、MP3/MP4 播放器等移动设备中的敏感电子元件，很容易受到电源过压的损害。ADI 公司推出的 LTC4360-1/LTC4360-2 过压保护控制器，为 2.5V 至 5.5V 系统提供了可靠的过压保护方案。下面，我们就来详细了解一下这款控制器。

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一、特性亮点

1. 宽工作电压范围

该控制器可在 2.5V 至 5.5V 电压下稳定工作，同时能承受高达 80V 的过压，为系统提供了广泛的电压适应能力。

2. 无需额外元件

在大多数应用中，无需输入电容或 TVS 管，就能实现过压保护，简化了电路设计，降低了成本。

3. 高精度过压阈值

具有 2% 精度的 5.8V 过压阈值，能准确检测过压情况，及时采取保护措施。

4. 快速关断

过压时，能在小于 1µs 的时间内关断，实现温和关机，有效保护下游元件。

5. 控制灵活

可控制 N 沟道 MOSFET，还能调节上电 dV/dt 以限制浪涌电流。此外，LTC4360-2 具备反向电压保护功能。

6. 状态指示

设有 Power Good 输出，方便用户了解系统的电源状态。

7. 低功耗

LTC4360-1 具有低电流关机模式，降低了系统功耗。

8. 小巧封装

采用微小的 8 引脚 SC70 封装，节省了 PCB 空间。

二、应用场景

LTC4360-1/LTC4360-2 适用于多种便携式设备，如 USB 保护、手持计算机、手机、智能手机、MP3/MP4 播放器和数码相机等。这些设备通常有多个电源选项，如墙式适配器、汽车电池适配器和 USB 端口，该控制器能有效保护设备免受电源过压的影响。

三、工作原理

1. 过压保护机制

LTC4360 控制与输入电源串联的外部 N 沟道 MOSFET。当出现过压瞬变时，它能在 1µs 内关断 MOSFET，将下游元件与输入电源隔离。电感电缆瞬变由 MOSFET 和负载电容吸收，在大多数情况下，无需瞬态电压抑制器或其他外部元件，就能提供高达 80V 的瞬态保护。

2. 上电控制

具有延迟启动和可调的 dV/dt 斜坡上升功能，可限制浪涌电流。PWRGD 引脚用于监测 VIN 的电源状态。过压情况解除后，LTC4360 会自动重启，并带有启动延迟。

3. 不同型号特点

• LTC4360-1：具有由 ON 引脚控制的软关机功能。当 ON 引脚为逻辑低电平时，器件启用；为逻辑高电平时，外部 N 沟道 MOSFET 关闭，LTC4360-1 进入低电流睡眠模式，此时电源电流降至 1.5µA。
• LTC4360-2：控制一个可选的外部 P 沟道 MOSFET，提供负电压保护。

四、电气特性

1. 电源参数

• 输入电压范围为 2.5V 至 80V，输入欠压锁定电压为 1.8V 至 2.45V。
• LTC4360-1 在 VON = 0V 时，输入电源电流典型值为 220µA；VON = 2.5V 时，典型值为 1.5µA。

  2. 阈值参数

• IN 引脚过压阈值为 5.684V 至 5.916V，过压恢复阈值为 5.51V 至 5.85V，过压迟滞为 25mV 至 300mV。

  3. 外部栅极驱动参数

• 外部 N 沟道 MOSFET 栅极驱动电压在不同输入电压范围内有所不同，2.5V ≤ VIN < 3V 时，典型值为 4.5V；3V ≤ VIN < 5.5V 时，典型值为 6V。
• GATE 高阈值用于 PWRGD 状态指示，VIN = 3.3V 时，典型值为 6.3V；VIN = 5V 时，典型值为 7.2V。

  4. 输入输出引脚参数

• OUT 输入电流在不同条件下有所变化，VON = 0V 时，典型值为 10µA；VON = 2.5V 时，典型值为 0µA。
• ON 输入阈值为 0.4V 至 1.5V，ON 下拉电流典型值为 5µA。
• PWRGD 输出低电压典型值为 0.23V，PWRGD 上拉电阻典型值为 500kΩ。

  5. 延迟参数

• GATE 导通延迟典型值为 130ms，关断传播延迟典型值为 0.25µs，PWRGD 延迟典型值为 0.25µs。

五、引脚功能

1. GATE

为外部 N 沟道 MOSFET 提供栅极驱动。内部电荷泵提供 10µA 上拉电流，用于对外部 N 沟道 MOSFET 的栅极充电。内部斜坡电路将 GATE 开启时的斜坡速率限制为 3V/ms，可通过连接外部电容来实现更慢的斜坡速率。内部钳位将 GATE 电压限制在 OUT 引脚电压以上 6V，内部 GATE 高比较器控制 PWRGD 引脚。

2. GATEP（LTC4360-2）

为外部 P 沟道 MOSFET 提供栅极驱动，用于保护 IN 端的负电压。该引脚内部钳位至 VIN 以下 5.8V，内部有一个 2M 电阻连接到地。若不使用，可连接到 IN。

3. GND

器件接地。

4. IN

电源电压输入，连接到输入电源。该引脚的过压阈值为 5.8V，过压事件后，电压必须降至 VIN(OV) - ∆VOV 以下才能解除过压锁定。锁定期间，GATE 保持低电平，PWRGD 下拉释放。

5. ON（LTC4360-1）

控制输入，逻辑低电平使能 LTC4360-1，逻辑高电平激活 GATE 引脚的低电流下拉，使 LTC4360-1 进入低电流睡眠模式。内部 5µA 电流将 ON 下拉至地，若不使用，可连接到地或悬空。

6. OUT

用于栅极钳位的输出电压检测输入，连接到外部 N 沟道 MOSFET 的源极，以检测 GATE 到 OUT 的钳位输出电压。

7. PWRGD

电源状态指示，为开漏输出，内部有 500k 电阻上拉至 OUT。GATE 斜坡上升超过 VGATE(TH) 65ms 后，PWRGD 拉低。

六、应用信息

1. 启动过程

当 VIN 低于欠压锁定电平 2.1V 时，GATE 驱动器保持低电平，PWRGD 下拉为高阻抗。当 VIN 高于 2.1V 且 ON（LTC4360-1）为低电平时，开始 130ms 的延迟周期。任何欠压或过压事件（VIN < 2.1V 或 VIN > 5.7V）都会重新启动延迟周期，该延迟可使 N 沟道 MOSFET 在启动时隔离输出与输入瞬变。延迟周期结束后，GATE 开始缓慢斜坡上升。

2. GATE 控制

内部电荷泵在 2.5V ≤ VIN < 3V 时提供大于 3.5V 的栅极过驱动，VIN ≥ 3V 时，栅极驱动保证大于 4.5V，可使用逻辑电平 N 沟道 MOSFET。GATE 和 OUT 之间的内部 6V 钳位保护 MOSFET 栅极。GATE 斜坡速率限制为 3V/ms，可通过连接外部电容从 GATE 到地来实现更慢的斜坡和更低的浪涌电流。

3. 过压保护

电源首次施加时，VIN 必须在 5.7V 以下保持超过 130ms，GATE 才能斜坡上升以开启 MOSFET。若 VIN 超过 5.8V，过压比较器将在 1µs 内激活 GATE 上的 30mA 快速下拉。过压情况解除后，MOSFET 保持关闭，直到 VIN 再次在 5.7V 以下保持 130ms。

4. PWRGD 输出

PWRGD 为有源低输出，通过 MOSFET 下拉至地，并有 500k 电阻上拉至 OUT。在低电流睡眠模式、欠压锁定或过压以及随后的 130ms 启动延迟期间，PWRGD 下拉释放。启动延迟后，GATE 开始缓慢斜坡上升，PWRGD 下拉控制由 GATE 高比较器接管。VGATE > VGATE(TH) 超过 65ms 时，PWRGD 下拉有效；VGATE < VGATE(TH) 时，下拉释放。PWRGD 下拉能够吸收高达 3mA 的电流，可驱动可选的 LED。

5. ON 输入（LTC4360-1）

ON 是 CMOS 兼容的有源低使能输入，默认有 5µA 下拉至地。连接到地或悬空可启用正常器件操作。若在外部 MOSFET 开启时将其驱动为高电平，GATE 将以弱下拉电流（40µA）拉低，逐渐关闭外部 MOSFET，最小化输入电压瞬变。LTC4360-1 随后进入低电流睡眠模式，IN 端仅消耗 1.5µA 电流。当 ON 再次变为低电平时，器件以 130ms 延迟周期重启。

6. GATEP 控制（LTC4360-2）

GATEP 有 2M 电阻下拉至地，并有一个 5.8V 齐纳钳位与 200k 电阻串联到 IN。它控制一个可选的外部 P 沟道 MOSFET，提供负电压保护。2M 电阻下拉在 VIN - VGATEP 超过 MOSFET 栅极阈值电压时开启 MOSFET，IN 到 GATEP 的齐纳钳位在 VIN 升高时将 MOSFET 的 VGS 钳位到 5.8V，保护 MOSFET 免受栅极过压。

7. MOSFET 配置与选择

LTC4360 可与多种外部 MOSFET 配置配合使用：

• 单 N 沟道 MOSFET 配置最简单，具有最低的 RpS(ON) 和电压降，功率效率最高。当 GATE 拉至地时，MOSFET 可将 OUT 与 IN 处的正电压隔离，但反向电流仍可通过 MOSFET 的寄生体二极管从 OUT 流向 IN。
• 背对背 N 沟道 MOSFET 可实现接近零的反向泄漏电流保护。
• 增加由 GATEP（LTC4360-2）控制的 P 沟道 MOSFET 可提供负输入电压保护。
• 由 GATEP 控制的 P 沟道 MOSFET 和由 GATE 控制的 N 沟道 MOSFET 组合，可提供过压和负电压保护，但不能防止反向电流。

  8. 输入瞬变处理

  输入瞬变可能由多种原因引起，如电源适配器故障、热插拔等。LTC4360 的 IN 引脚可承受高达 80V 的电压，使用高压 N 沟道 MOSFET 可保护系统免受高瞬态或直流电压的影响。在大多数情况下，LTC4360 无需旁路电容、瞬态电压抑制器或其他外部元件就能应对输入瞬变。但在某些情况下，如电压上升不可接受或 MOSFET 的雪崩能力不足时，可在 IN 和 GND 之间添加额外的外部钳位。

  9. 布局考虑

  在 PCB 布局时，应保持到 MOSFET 的走线宽而短，与 MOSFET 功率路径相关的 PCB 走线应具有低电阻。文中给出了单 N 沟道 MOSFET（SC70 封装）和 P 沟道 MOSFET/N 沟道 MOSFET（互补 P、N MOSFET 在 TSOP - 6 封装）配置的示例 PCB 布局。

七、相关产品

ADI 还提供了一系列相关产品，如 LTC2935 超低功耗监控器、LT3008 和 LT3009 微功耗 LDO、LTC3576/LTC3576 - 1 开关式 USB 电源管理器等，可根据具体需求进行选择和搭配。

总的来说，LTC4360-1/LTC4360-2 过压保护控制器以其丰富的特性、灵活的控制和可靠的保护功能，为低电压系统提供了全面的过压保护解决方案。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求选择合适的 MOSFET 配置和外部元件，合理布局 PCB，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这款控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。