LTC4365는 전원 전압이 지나치게 높거나 혹은 지나치게 낮거나, 경우에 따라서는 음의 전압이 걸릴 우려가 있는 애플리케이션을 보호한다. 이 디바이스는 한 쌍의 외장형 N-채널 MOSFET의 게이트 전압을 제어하여 출력 전압을 안전 동작 영역 내에 있게 한다.

12 V 회로에 24 V를 연결하면 어떤 일이 벌어질 것인가? 전원 라인과 접지 라인을 실수로 잘못 연결한다면 회로가 온전할 수 있을 것인가? 자신의 애플리케이션이 혹독한 환경에서 작동해야 하고 입력 전원이 매우 높게 또는 접지보다 낮게 링깅(ringing)을 일으킬 수 있다면 어떻게 해야 할까? 이러한 상황은 일어날 가능성은 매우 희박하기는 하지만 한 번만 일어나도 회로 보드를 심각하게 손상시킬 수 있다.
어떻게 하면 민감한 회로를 과도하게 높은 전압, 과도하게 낮은 전압, 또는 음의 전압으로부터 보호할 수 있겠는가? 전통적으로 시스템 디자이너들은 음의 전원 전압을 차단하기 위해서 전원과 직렬로 전원 다이오드를 배치했다. 하지만 이 다이오드는 보드 공간을 불필요하게 차지할 뿐만 아니라 높은 부하 전류 시 상당한 양의 전력을 소모한다.
또 다른 통상적인 방법은 전원과 직렬로 고전압 P-채널 MOSFET을 연결하는 것이다. P-채널 MOSFET은 직렬 다이오드보다 전력을 덜 소비하지만 MOSFET과 이를 구동하기 위해서 필요한 회로가 시스템 비용을 증가시킨다.
이 두 가지 방법의 단점은 저전압 동작을 희생한다는 것이다. 특히 직렬 다이오드는 더욱 더 그러하다. 또한 이 두 방법은 과도하게 높은 전압으로부터 회로를 보호하지 못한다. 이러한 보호를 위해서는 고전압 윈도우 비교기와 차지 펌프를 비롯해서 더 많은 회로를 필요로 한다.

저전압, 과전압, 역 전원 보호
리니어 테크놀로지의 LTC4365는 민감한 회로를 예기치 않은 높은 전압이나 음의 전원 전압으로부터 매끄럽고 견고하게 보호할 수 있는 고유한 솔루션을 제공한다. LTC4365는 최고 60 V에 이르는 양의 전압과 -40 V에 이르는 음의 전압으로부터 회로를 보호할 수 있다. 안전 동작 전원 구역 이내의 전압만 부하로 전달된다. 이를 위해 필요한 외부적 동적 부품으로는 예기치 않은 전원과 민감한 부하 사이에 듀얼 N-채널 MOSFET만 연결하면 된다.



그림 1은 이러한 애플리케이션을 보여준다. 저항 분배기를 이용해서 부하를 VIN으로 연결하고 차단하기 위한 과전압(OV) 및 저전압(UV) 트립 지점을 설정할 수 있다. 입력 전원이 이 전압 구역을 벗어나면 LTC4365가 부하를 전원으로부터 신속하게 차단한다.
듀얼 N-채널 MOSFET은 VIN에서 양의 전압과 음의 전압 모두를 차단할 수 있다. LTC4365는 정상 동작 시 외부 MOSFET의 게이트에 소스 전압 대비 8.4 V 높은 전압을 제공한다. LTC4365의 유효한 동작 구역은 최저 2.5 V에서부터 최고 34 V까지다. 그러므로 OV-UV 구역을 이 범위 내의 어떠한 지점으로든 설정할 수 있다. 또한 대다수 애플리케이션에서 VIN에 보호 클램프를 필요로 하지 않으므로 보드 설계를 더욱 더 간소화할 수 있다.

정확하고 빠른 과전압 및 저전압 보호
LTC4365의 2개의 정밀(±1.5%) 비교기가 VIN에서 과전압(OV) 및 저전압(UV) 조건을 모니터링한다. 입력 전원이 OV 임계값보다 높게 상승하거나 UV 임계값보다 낮게 떨어지면 외부 MOSFET의 게이트를 신속하게 턴오프한다. 사용자가 외부 저항 분배기를 이용해서 VOUT의 부하에 적합하도록 입력 전원 범위를 선택할 수 있다. 뿐만 아니라, UV 및 OV 입력은 누설전류가 매우 낮으므로(100 ℃ 일 때 1 nA 미만) 외부 저항 분배기로 높은 용량값의 사용이 가능하다.
그림 2는 VIN이 -30 V에서 30 V로 서서히 상승할 때 그림 1의 회로가 어떻게 응답하는지를 보여준다. UV 및 OV 임계값은 각기 3.5 V와 18 V로 설정되었다. 전원이 이 3.5~18 V 구역 이내일 때는 VOUT이 VIN을 추종한다. 이 구역을 벗어나면, LTC4365가 N-채널 MOSFET을 턴오프함으로써 VIN이 음의 전압이라 하더라도 VIN으로부터 VOUT을 차단한다.

새로운 방식의 역 전원 보호
LTC4365는 새로운 방식의 음의 전원 보호 회로를 채택하고 있다. LTC4365는 VIN에서 음의 전압을 검출하면 신속하게 GATE 핀을 VIN으로 연결한다. 그러므로 GATE 전압과 VIN 전압 사이에 다이오드 드롭이 발생하지 않는다. 외부 N-채널 MOSFET의 게이트가 아주 심한 음의 전위(VIN)라 하더라도 VOUT에서 VIN의 음의 전압으로 최소한의 누설만 발생한다.
그림 3은 VIN에 -20 V를 연결했을 때 어떻게 되는지를 보여준다. VIN, VOUT, GATE가 접지에서부터 시작했다가 곧바로 이 연결이 이루어진다. VIN과 GATE 배선의 기생 인덕턴스 때문에 VIN과 GATE 핀의 전압이 -20 V 아래로 심하게 링깅을 일으킨다. 외부 MOSFET의 항복 전압이 이 오버슈트를 견딜 수 있어야 한다.
음의 트랜션트 시에 GATE 핀이 VIN을 얼마나 근접하게 추종하는지를 보면 LTC4365 역 보호 회로의 민첩성을 잘 알 수 있다. 이 도표에서 두 파형이 거의 구별할 수 없을 정도이다. 특히, 역 보호를 제공하기 위해서 추가적인 외부 회로가 필요하지 않다.

AC 차단
LTC4365는 복구 지연 타이머가 있어서 VIN에서 잡음을 필터링하고 VOUT에서 채터(chatter)를 방지할 수 있도록 한다. OV 또는 UV 결함이 발생한 후에 MOSFET을 다시 턴온하기 위해서는 입력 전원이 최소한 36 ms 이내에 원하는 동작 전압 구역으로 돌아가야 한다. 결함에서 빠져 나왔다가 36 ms가 못 되어서 다시 결함 구역으로 들어가면 MOSFET이 계속해서 턴오프 되어 있다.
그림 4는 LTC4365가 40 V부터 -40 V에 이르기까지 AC 라인 전압을 차단하는 것을 보여준다. 음의 구역일 때는 GATE 핀이 VIN을 추종하지만 VIN이 양의 전압이 되었을 때는 접지로 유지된다. VOUT은 영향을 받지 않고 그대로 유지된다는 것을 알 수 있다.

결함 조건 시의 고전압 트랜션트
그림 5는 과전압 조건일 때의 트랜션트를 발생시키도록 설계된 테스트 회로이다. 공칭 입력 전원은 24 V이고 과전압 임계값은 30 V이다. 그림 6은 VIN에서 과전압 조건일 때의 파형을 보여준다. 이러한 트랜션트는 VIN과 GATE 핀의 기생 인덕턴스에 따라서 달라진다. 이 회로는 이 시험 동안에 선택적인 전원 클램프(D1)를 이용하지 않고서도 손상을 일으키지 않고 이러한 트랜션트를 견딜 수 있었다.

2개 전원 중에서 선택
이 디바이스가 셧다운일 때는 VIN및 VOUT 핀을 각기 다른 전압의 서로 다른 2개의 전원을 이용해서 구동할 수 있다. LTC4365는 자동으로 GATE 핀을 이 두 전원 중에서 낮은 전원보다 낮게 구동함으로써 전류가 외부 MOSFET을 통해서 어느 방향으로든 흐르지 못하도록 한다. 그림 7의 애플리케이션은 2개의 LTC4365를 이용해서 2개 전원 중에서 선택하는 것을 보여주고 있다. 어느 특정한 시점에 2개 LTC4365의 하나만이 작동하도록 해야 한다.





VOUT을 구동하는 중에 역 VIN 연결
LTC4365는 VOUT을 별도의 전원으로 구동하는 동안에도 음의 VIN 연결로부터 회로를 보호할 수 있다. 그림 8은 LTC4365가 셧다운 모드이고 VOUT을 20 V로 구동할 때 VIN이 -20 V로 연결되었을 때의 파형을 보여준다. 외부 MOSFET의 항복 전압(60 V)을 넘지만, 많으면 VOUT의 20 V 전압이 VIN의 역 극성 연결로부터 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다.

결론
LTC4365 컨트롤러는 민감한 회로를 과전압, 저전압, 역 전원 연결로부터 보호할 수 있다. 전원 전압이 사용자가 설정한 UV 및 OV 트립 임계값 이내일 때만 출력으로 전달된다. 이 범위를 벗어나는 전압은 최고 60 V 및 최저 -40 V에 이르기까지 차단할 수 있다.
LTC4365의 새로운 방식의 아키텍처는 최소한의 외부 부품만을 필요로 하므로 견고하면서 작은 솔루션 크기를 가능하게 한다. LTC4365는 소형 8핀 3×2 mm DFN 및 TSOT-23 패키지로 제공된다. 이 디바이스를 이용하면 전원과 직렬로 역 전압 블로킹 다이오드가 필요하지 않다. LTC4365는 back-to-back 외부 MOSFET을 이용해서 이 기능을 자동으로 수행한다. LTC4365는 넓은 2.5~34 V 범위로 동작하며 셧다운 시에 10 μA만을 소비한다.