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、電視機的生活會是怎樣的景象。 但是，如果電源波動或發生故障，即使有先進的技術，電氣設備也將毫無用處。 更關鍵的問題是設備因交流輸入線路的波動而導致損壞。 造成線路電壓波動的幾個原因為： 需求增加導致電網過載、基礎設施建設不當、或雷電沖擊。 無論何種情況，當線路電壓因波動而升高時，都會使電氣設備面臨電源系統故障的風險。 在這種情況下，將交流線路輸入轉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轉換器的保護方案，該方案在預防家用電器系統的線路過壓時必不可少。

耐雪崩的電源開關

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。 大多數集成式電源開關在內部都采用MOSFET作為電源開關。 當電源開關上具有超出其額定電壓的高電壓時會產生雪崩擊穿，典型的現代功率MOSFET對該情況具有一定的耐受性。 然而，該耐受水平會因設備技術或芯片設計而存在很大差異。 圖1舉例說明了這種差異。 兩款設備具有非常相似的導通電阻規格。 但在非箝位感應開關(UIS)測試中，FSL系列的故障電流水平要高出10倍以上。 這表示FSL系列在設備損壞前能承受高得多的電流或電能應力。 本例中為424mJ與3.67mJ。 FSL系列內置的功率MOSFET采用垂直DMOS結構，而競爭型設備采用橫向DMOS結構。 通常，飛兆半導體FPS?電源開關產品所采用的垂直DMOS結構，更適合高壓、高功率MOSFET。 橫向DMOS結構能使MOSFET更好地集成在邏輯電路中，但它不如垂直DMOS結構那樣能耐受高水平的電能應力。 實際上，非箝位開關條件并不常見，因為大部分反激式轉換器都集成了緩沖電路，電源開關關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換器的穩定性。

帶輸入過壓保護的FPS電源開關（FSL MRIN系列）

如果線路因波動而導致過壓，則內部功率MOSFET會在處于漏源極范圍內的多種電壓條件下關閉并可能導致雪崩擊穿。 即使電源開關的內部MOSFET能夠在瞬態或異常條件下耐受一定程度的電能應力，也應當將其作為避免故障的最后一道防線，這是因為，如果應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，最好將內部功率MOSFET的開關動作關斷。 此時，針對輸入線路過壓提供集成式保護功能的電源開關對于反激式轉換器設計人員而言便具有極大的優勢。 FSL117MRIN是一款全新的綠色模式電源開關，其內部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。 控制器內部的電壓檢測電路負責實時監控線路輸入電壓。 當線路輸入電壓超過預設水平——VIN引腳上的電壓超過1.95V——控制器便會發出故障信號并關閉PWM輸出。 反激式轉換器會在VIN引腳電壓低至1.89V時停止工作。 為防止誤觸發線路過壓保護，該功能僅在線路過壓持續超過20us后才會觸發。 線路過壓保護功能的另一個重要特性是自動恢復。 即使在故障條件下，控制器也可持續監控線路輸入電壓，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計，因為家用電器應用通常要求自動恢復模式不閉鎖。 有了線路過壓保護功能，內部功率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換器的穩定性。
圖3表示的是商用空調中輸入過壓保護功能的運作情況。 該空調系統的工作電壓為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，FPS電源開關（FSL MRIN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，FPS電源開關（FSL MRIN系列）會再次執行開關動作。

結論

飛兆半導體發布了集成了輸入線路過壓保護(LOVP)功能的全新FPS電源開關系列產品。 它提供了針對線路波動的額外保護以及FPS電源開關（FSL MRIN系列）耐用的內部功率MOSFET。 當電網非常不穩定時，它為器件提供了重要的保護功能。

圖1 內部MOSFET的UIS特性

圖2?輸入過壓保護

圖3?空調輸入過壓保護和恢復功能的工作波形