Energieeffizienter Überspannungsstopper

Der LTC7860 von Linear Technology ist ein energieeffizienter Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis, der Systeme, die eine hohe Verfügbarkeit aufweisen müssen, vor Überspannung und Überstrom schützt.

Im Normalbetrieb schaltet der LTC7860 einen externen p-Kanal-MOSFET dauerhaft ein; die Eingangsspannung gelangt dann mit einem minimalen Durchlassverlust zum Ausgang. Im Falle einer Eingangsüberspannung betreibt der LTC7860 den externen MOSFET als einen energie-effizienten DC/DC-Schaltregler und begrenzt die Ausgangsspannung und den Ausgangsstrom, sodass die nachgeschalteten Komponenten keinen Schaden nehmen.

Der LTC7860 beruht auf einem ähnlichen Konzept wie die Überspannungsstopper auf Linearregler-Basis (z.B. LTC4363) von Linear Technology, wobei der jetzt realisierte Schaltregleransatz größere Ausgangsströme erlaubt und die Leistungsverluste während Transienten und im Fehlerfall reduziert. Abrupte Laststromänderungen können auf ausgedehnten, induktivitätsbehafteten Betriebsspannungsschienen Überspannungsspitzen hervorrufen. In Automobil-Anwendungen kommt noch erschwerend hinzu, dass bei einem »load dump« (Unterbrechung der Verbindung zwischen Lichtmaschine und Batterie bei laufendem Motor) die in der Induktivität der Lichtmaschine gespeicherte Energie hohe Überspannungsspitzen von längerer Dauer verursacht. Die maximale Energie, die ein Überspannungsstopper absorbieren kann, wird durch die Leistungsverluste in dem externen Schutzbauteil begrenzt. Bei einem linearen Überspannungsstopper wird diese Energie durch die Größe des externen MOSFETs bestimmt, bei einem Überspannungsstopper auf Schaltreglerbasis wird sie durch den Wandlerwirkungsgrad bestimmt. Wegen seiner geringeren Leistungsverluste »verträgt« ein Schaltregler-Überspannungsstopper längere Überspannungszeiten bei höheren Ausgangsströmen als eine lineare Lösung.

Der Eingangsspannungsbereich des LTC7860 geht von 3,5 bis 60 V und kann durch externe Bauteile bis auf 200 V und mehr erweitert werden. Ein externer Fehler-Timer-Kondensator gibt die Zeit vor, die der Überspannungsstopper maximal im Überspannungsmodus verbleiben darf, und gewährleistet, dass bei hohen Verlustleistungen die Grenztemperatur des externen MOSFETs nicht überschritten wird. Der Fehler-Timer ermöglicht es, die Bauteile für den Normalbetrieb statt für Überspannungstransienten und Fehlerbedingungen zu dimensionieren; das verringert die Systemkosten und spart Platz.

In MIL-STD-1275-Anwendungen schützt der LTC7860 Geräte, die an einem 28-V-Bordnetz betrieben werden, vor Überspannungsspitzen bis 100 V für die Dauer von bis zu 500 ms.

Der LTC7860 eignet sich hervorragend für Anwendungen in der Industrie, in der Avionik und im Automobil – auch nach ISO7637 – sowie für verteilte Hot Swap-Systeme, die positive Hochspannungen liefern.

Der LTC7860 besitzt ein thermisch optimiertes, 12-poliges MSOP-Gehäuse. Der Chip ist in vier Versionen für unterschiedliche Temperaturbereiche verfügbar: –40 bis +125 °C (erweiterte und industrielle Temperaturbereiche), –40 bis +150 °C (Hochtemperaturversion für Automobil-Anwendungen) und –55 bis +150 °C (für militärische Anwendungen).

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