目录
一、芯片定位
二、核心主要功能
1. 超宽高压直流输入适配
2. 固定值闭环线性稳压钳位
3. 外置电阻可编程恒流限流
4. 芯片自供电,无外部辅助电源
5. 功率通路一体化集成
三、完整工作原理
整体拓扑:串联线性稳压架构
(一)稳压环路工作原理
(二)恒流限流环路工作原理
(三)VCC 自供电原理
四、全维度内置保护机制
1. UVLO 输入欠压闭锁保护
2. OTP 芯片过温保护
3. 输出短路 & 过载恒流保护
4. 输入端高压浪涌耐压防护
5. 输出过压钳位保护(稳压本质)
6. 基础防反接防护
7. 分级限流防过热保护
五、典型应用场景
六、补充设计关键说明
一、芯片定位
该器件属于串联型高压线性功率管理集成电路,集成高压功率 MOS 管、电压闭环稳压环路、电流检测恒流环路、驱动与多维度保护电路,单芯片实现高压钳位稳压 + 输出电流限幅 + 端口浪涌防护 + 故障自保护,专门用于 60~1200V 直流高压母线前端预处理,省去传统方案分压降压、多级限流、独立过压保护分立器件,多用于电力高压无源取电场景。
二、核心主要功能
1. 超宽高压直流输入适配
支持DC 60V~1200V长期工作电压,可直接接入: 单相 220V/380V 市电整流电压、三相四线整流母线、10kV 线路感应取电高压、互感器取电高电位电压; 无需前置电阻分压、前级 Buck 降压电路,简化电源入口拓扑。
2. 固定值闭环线性稳压钳位
出厂硬件内置基准源,分两个固定版本,不可软件修改:
- DMHV-1400-B-350:输出端电压稳定钳位350V DC
- DMHV-1400-B-700:输出端电压稳定钳位700V DC作用:无论输入母线电压多高,后端负载侧电压被强制锁死,防止后级电解电容、开关电源 IC 因过压击穿损坏。
3. 外置电阻可编程恒流限流
通过源极串联采样电阻设定回路最大输出电流,基准采样电压固定500mV公式: \(I_{MAX}=\frac{0.5\ \mathrm{V}}{R_{SENSE}}\) 同时内置智能分级限流: 低压输入区间(60~130V)按上述公式满电流输出,可快速给后端储能电容充电; 输入电压>130V 后,内部自动下调采样参考电压,强制限制最大输出电流,避免高压大压差下芯片功耗过热烧毁。
4. 芯片自供电,无外部辅助电源
芯片驱动与控制电路供电直接从高压输入端自取电,仅搭配一颗高压限流电阻即可完成 VCC 供电,系统外围极简,适合无外部低压电源的无源取电设备。
5. 功率通路一体化集成
内部集成耐压 1400V 高压 LDMOS 功率管,功率通路集成在芯片内部,外部仅需少量阻容元件即可搭建完整电源前级保护电路。
三、完整工作原理
整体拓扑:串联线性稳压架构
功率通路链路:高压输入 → DRAIN 引脚 → 片内高压 MOS 管 → ISENSE 引脚(输出端) → 采样电阻 Rs → GND 地功率 MOS 串联在输入高压与负载之间,依靠改变 MOS 管导通电阻,通过自身分压消耗多余电压,实现稳压;依靠采样电阻检测回路电流实现限流。
(一)稳压环路工作原理
- 输入电压<设定稳压值(350V/700V)内部误差放大器输出栅极驱动电压拉至最高,MOS 管完全导通,导通阻抗极小,芯片两端压差趋近于 0,输入电压几乎全部直通后端负载,芯片几乎不产生功耗。
- 输入电压>设定稳压值GATE 引脚采集后端输出电压,送入误差放大器与内部精密基准电压对比; 当输出电压超过目标稳压值,误差放大器降低栅极驱动电位,MOS 管导通电阻增大,高压输入与后端负载之间的电压差全部落在芯片内部功率 MOS 上,以热能形式耗散功率; 动态调节栅极电压,形成负反馈闭环,后端电压永久稳定在标称值。
- 空载开路工况后端无负载时输出电压依然被钳位,不会出现电压无限抬升,杜绝空载过压风险。
(二)恒流限流环路工作原理
负载回路电流流过采样电阻 Rs,Rs 两端产生电压降,送入芯片内部电流比较器:
- 压降<500mV:限流环路不干预,稳压环路正常工作;
- 压降达到 500mV 阈值:电流环路优先级高于稳压环路,强制拉低 MOS 栅极电压,增大导通阻抗,限制回路电流不再上升,进入恒流输出状态;
- 后端直接短路时,回路电流被牢牢锁定在设定值,不会产生瞬时大电流冲击,避免母线拉垮、器件炸损。
(三)VCC 自供电原理
VCC 引脚经由一颗高压限流电阻接至 DRAIN 高压输入端,从母线取电; 芯片内部集成 10V 稳压钳位电路,将 VCC 电压稳定在 10V,为栅极驱动、基准源、放大电路、保护逻辑提供稳定低压工作电源; 输入母线电压低于 60V 时,VCC 无法建立有效电压,芯片欠压锁死关闭功率管,停止输出。
四、全维度内置保护机制
1. UVLO 输入欠压闭锁保护
动作阈值:输入 DC 电压<60V 机制:VCC 供电不足,芯片控制电路无法稳定工作,内部逻辑直接关断高压 MOS 功率通路,禁止输出; 电压回升至 60V 以上自动重启上电,防止低压弱驱动下 MOS 工作在失控线性区引发异常发热。
2. OTP 芯片过温保护
内置片内温度传感器,结温阈值典型 150℃; 芯片长时间大压差、大电流工作结温超标时,立即降低栅极驱动能力,大幅关断 MOS 导通能力,减小芯片功耗; 当温度下降至安全区间后,保护自动解除,恢复正常稳压限流功能; 从根源避免线性功率器件热击穿失效。
3. 输出短路 & 过载恒流保护
属于硬件闭环保护,无需 MCU 参与: 负载短路、后端电源启动冲击电流过大、负载功率超标时,立刻进入恒流模式,钳位最大输出电流; 区别于保险丝一次性熔断,该保护为可恢复型,短路故障移除后自动回到正常工作模式。
4. 输入端高压浪涌耐压防护
DRAIN 引脚功率器件工艺耐压 1400V,长期额定工作电压 1200V; 可直接耐受电网雷击、操作过电压带来的短时尖峰脉冲,配合前端压敏电阻、气体放电管即可满足电力行业 10kV 雷击浪涌 EMC 测试,降低前端防雷电路设计难度。
5. 输出过压钳位保护(稳压本质)
属于常态化基础保护,无论负载轻重、输入电压波动,后端电压不会超过出厂设定的 350V/700V 上限; 防止后级高压电解电容过压鼓包、反激开关电源芯片、MOS 管超耐压损坏。
6. 基础防反接防护
DRAIN 与芯片功率地之间集成寄生续流二极管; 母线输入正负极误反接时,不会直接击穿芯片核心控制电路,可抵御施工接线失误带来的损坏。
7. 分级限流防过热保护
针对高压工况专门设计: 输入电压高于 130V 后,自动降低电流检测参考电压,硬性压低最大输出电流; 原理:线性稳压功耗 P=(Vin-Vout)×I,压差越大,同等电流下发热越严重;高压下降流可把芯片功耗限制在安全范围,大幅提升长期运行可靠性。
五、典型应用场景
- 国网 / 南网单相、三相智能电表辅助电源前级取电保护;
- 配电物联网 FTU、DTU、TTU、故障指示器高压母线取电模块;
- 10kV 架空线路无源感应取电、电流互感器取电电源预处理;
- 户外无外接供电监测终端、高压在线监测仪表电源入口防护;
- 工业高压设备、宽电压工控设备高压输入端稳压限流一体化防护。
六、补充设计关键说明
该芯片本质是线性稳压器件,压差越大、电流越大,发热越明显; 大功率应用必须加装散热片;采样电阻必须选用大功率无感绕线电阻,保证电流采样精准稳定。