今天給大家分享的是：升壓轉換器短路保護方法。

一、升壓轉換器簡(jiǎn)介

升壓轉換器產(chǎn)生高于輸入電壓的輸出電壓，升壓轉換器的示例包括：

• 在鋰電池組中產(chǎn)生5V充電端口

• 生產(chǎn)智能手機中的電源軌

• 驅動(dòng)LED或者手電筒中的串聯(lián)LED

• 基于A(yíng)rduino 的項目中的電壓調節器

• 利用單節鋰電池產(chǎn)生高電壓來(lái)運行電機。

下圖為升壓轉換器的簡(jiǎn)化原理圖，由電容、電感、MOS 管和二極管構成的簡(jiǎn)單電路。通過(guò)控制占空比或者M(jìn)OS管導通的時(shí)間百分比，通過(guò)閉合反饋環(huán)路來(lái)控制輸出。

傳遞函數或者輸入電壓與輸入電壓之間的比率為Vout/Vin = 1/(1-D)。

其中 Vout 是輸出電壓，Vin是輸入電壓，D是占空比。真正的升壓轉換器會(huì )有一個(gè)PWM控制器芯片，但在下圖中沒(méi)有明確顯示。

升壓轉換器的簡(jiǎn)化原理圖

這里必須要注意，如果升壓轉換器的輸出端短路接地，則輸入電壓會(huì )通過(guò)電感和二極管短路接地，除了導線(xiàn)電阻和附加到輸入電壓的電源電流限制之外，沒(méi)有其他因素限制流過(guò)的電流。

如果不采取措施保護升壓轉換器，就有可能會(huì )出現故障，并導致二極管、電感走線(xiàn)著(zhù)火、熔化或者出現其他類(lèi)型的災難性故障。

二、一般保護策略

這里說(shuō)的關(guān)于保護策略是在電源和升壓轉換器之間引入一個(gè)開(kāi)關(guān)，用于在發(fā)生短路負載情況時(shí)將升壓轉換器與電源斷開(kāi)。

該開(kāi)關(guān)可以實(shí)現為MOS管、負載開(kāi)關(guān)、具有內置保護開(kāi)關(guān)的升壓轉換器集成電路或者保險絲。

三、使用MOS管進(jìn)行保護

添加到升壓轉換器前端的 MOS 可用于斷開(kāi)電源和升壓轉換器的連接。簡(jiǎn)化的原理圖可以看下面 2 個(gè)圖。

1、N 溝道 MOS 管

MOS管可能需要額外的電路來(lái)偏置柵極。N 溝道MOS管要求其柵極電壓高于其源極端子。這可能需要柵極驅動(dòng)器IC或者電荷泵。

升壓轉換器的簡(jiǎn)化原理圖，在電源和升壓轉換器輸入之間具有一個(gè)用于短路保護的 n 溝道 MOSFET

2、P 溝道 MOS 管

P 溝道MOS管要求將柵極拉至其源極端子以下，如果輸入電壓足夠高，P溝道MOS管的柵極可以打開(kāi)MOS管。

升壓轉換器的簡(jiǎn)化原理圖，在電源和升壓轉換器輸入之間具有用于短路保護的 p 溝道 MOSFET

因此使用 P溝道MOS管可能是最簡(jiǎn)單和最容易的選擇。

請注意，在兩個(gè)原理圖中，NOS管體二極管都從升壓轉換器指向電源，因此除非MOS管導通，否則電流會(huì )被阻斷。為此應用MOS時(shí)，漏源電壓額定值、RDS（ON）和柵極電壓閾值是需要考慮的重要數據。

漏源電壓額定值應比最大輸入電壓高幾個(gè)電壓。通態(tài)電阻應該足夠低，不會(huì )產(chǎn)生許多損失。

柵極閾值電壓應該足夠低，這樣的話(huà)可以方便MOS管輕松開(kāi)啟和關(guān)閉。

四、使用負載開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護

負載開(kāi)關(guān)是集成附加電路的功率MOS管，其功能可能包括偏置MOS柵極的電荷泵和電平轉換器。以及在電流過(guò)大時(shí)關(guān)閉開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護功能。

與使用 MOS 相比，使用負載開(kāi)關(guān)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 減少 BOM 數量

• 減少PCB占地面積

• 降低設計的復雜性，因此不需要添加額外的控制電路。

升壓轉換器的簡(jiǎn)化原理圖，其輸入端帶有用于短路保護的負載開(kāi)關(guān)。

五、具有內置保護的升壓轉換器控制器

實(shí)用的升壓轉換器由調節功率轉換的集成電路控制，其中一些升壓轉換器控制電路具有內置保護機制，例如負載開(kāi)關(guān)，使用具有內置保護功能的控制器可簡(jiǎn)化設計，減少BOM數量并減少PCB占地面積。具有保護功能的升壓轉換器IC的包括： LM4510 和 TPS61080。

具有內置保護的升壓轉換器IC的簡(jiǎn)化示例

六、保險絲保護

可以在升壓轉換器的輸入或者輸出上放置保險絲，以防止出現短路負載情況。有關(guān)如何完成操作的示例，請看下圖。

升壓轉換器輸入或輸出上的保險絲保護。請注意，負載開(kāi)關(guān)和 MOSFET 保護電路也可以放置在升壓轉換器輸出和負載之間，如圖所示的熔斷器保護電路。

這里還是建議使用上面的其他辦法，因為帶保險絲的設計比較麻煩。如果發(fā)生短路，保險絲將熔斷并必須更換。如果轉換器正常工作，使用額外保護MOS關(guān)、負載開(kāi)關(guān)或者集成保護電路構建的電路將不需要更換任何組件。

這樣的話(huà)可以節省更換燒毀保險絲的時(shí)間和錢(qián)。