灵活的故障保护电路

为了满足实际应用对安全
性、可靠性的要求，许多
系统配置了不同的保护电路，这些电路大多具有ESD保护、抗浪涌电流、过流/过压/欠压检测以及温度监视等功能，一旦检测到系统故障将自动切断电源。有些应用(如雷达、X射线检测系统)要求在出现高压时自动断开系统与电源的连接；有些应用需要在上电或带电插拔时限制浪涌电流，如PC卡等，以确保PC卡电源稳定之前系统处于关断状态。通常，系统在故障解除后还会持续保持断电状态，需要通过外部触发激活系统。
图1所示电路提供了一种灵活的限流方案，能够按照用户指令或其他故障检测信号断开与电源的连接，提供手动复位(MR)、高温检测和互锁开关输入。U1是断路器，为热插拔应用提供保护，可以放置在背板/主机端或可移动卡/背板连接器的远端设备上，当板卡插入带电机架或主机时起保护作用。
一般存在两种主要的故障状态：一种是由于板卡或远端设备上滤波电容的放电提供了一条电源到地的低阻通路，导致主机电源崩溃；另一种是板卡部分地插入对应的连接器，产生了错误数据。U1通过调节可编程启动周期的浪涌电流防止上述第一种故障的发生。系统进入正常工作状态后，U1内部的两个比较器可以提供短路和过流保护功能。通过对U1 ON引脚的设置可以避免第二种故障(图2)。
内部电荷泵产生用于外部N沟道MOSFET功率开关(Q1)栅极控制的驱动电压。出现故障时，U1将Q1锁存在断开状态，只有通过外部复位信号才能清除Q1的开路状态。为了指示故障状态，图中在U1的漏极开路状态输出引脚(STAT)连接了一只LED，也可以连接其他故障指示器，如音频报警器等。发生故障后可以将U1的ON引脚拉低至少20ms复位U1。
去抖动开关(U2)为输入端提供±15kV ESD保护和±25V电路故障保护，它的输入可用来清除U1的故障状态或提供手动复位功能。该引脚在内部上拉到Vcc电源，省去了外部上拉电阻，用互锁或SPST开关替代按钮开关可以提供一路断电信号，实现背板侵入互锁或在插入电路板之前关断单元电路。由于U2的推挽式输出无法直接与其他信号进行“或”逻辑连接、控制U1的ON引脚，电路中利用Q2建立逻辑“或”连接。
温度开关(U3)为系统增添热保护功能，其漏极开路输出可以直接与其它信号一起连接(线或)到U1的ON引脚，也可用于控制微处理器。U3提供TO220封装(有利于散热)和SOT23表面贴装(可靠近已知热源安装，如：R1、Q1或主负载等)，本方案中U3检测到温度超出预置门限时将断开电源。低功耗线性稳压器(U4)为U2、U3提供电源。■