手持設備中升壓DC/DC轉換器可靠性設計

　　短路保護功能
　　電池作為手持設備中的電源，通常直接給升壓DC/DC轉換器供電。由于升壓DC/DC轉化器本身拓撲結構的缺陷，從電池到負載始終有一條電流通路，如圖1所示。一旦負載短路到地(GND),短路產(chǎn)生的大電流就有可能毀壞升壓轉化電路、電池、電感、肖特基二極管等電路元器件。一般的設計思路是在升壓電路前端設置一個(gè)保險絲，與升壓DC/DC轉換器共同組成升壓電路。 為了節約電路元器件成本和電路版圖面積，德州儀器的升壓DC/DC轉換器TPS61080/1集成了一個(gè)MOS管。該MOS管可以取代傳統的保險絲，起到短路保護的功能。

　　TPS61080/1的結構框圖如圖1所示，MOS管與輸入端VIN和電感一端L相連接。負載短路到地時(shí)，輸出電壓會(huì )迅速下降；當輸出電壓小于輸入電壓1.4V并持續13ms，MOS管會(huì )被觸發(fā)而自動(dòng)關(guān)閉，起到輸入與輸出的完全隔離和保護電路的功能。該MOS管也可稱(chēng)作隔離管。因為該管還有一個(gè)作用：當轉換器關(guān)閉時(shí)隔離管會(huì )隔離輸入輸出，從而避免電池由電感和二極管形成的漏電通路進(jìn)行不必要的放電，增加了電池的巡航時(shí)間?？紤]到轉換器啟動(dòng)時(shí)，輸出電壓低于輸入電壓，所以該觸發(fā)條件在芯

片啟動(dòng)時(shí)被延長(cháng)至2ms。當短路保護啟動(dòng)后，TPS61080/1需要重新啟動(dòng)才能工作。

　　另外的短路情況也可能在使用中發(fā)生，即DC/DC器件引腳與地的短路、引腳與引腳之間的短路。這類(lèi)情況都會(huì )使電路從電池那里瞬間獲取巨大的電流。因為隔離管直接與電池電源連接，所以由短路引起的大電流勢必流過(guò)隔離管。當該大電流達到短路保護電流參數值時(shí)，隔離MOS管被觸發(fā)而自動(dòng)關(guān)閉57ms。如果短路機制仍然存在，57ms后TPS61080/1會(huì )永久關(guān)閉。只有通過(guò)重新啟動(dòng)才能使TPS61080/1再次正常工作。與上述觸發(fā)方式一起，TPS61080/1的隔離MOS管提供了高效的短路保護，防止短路造成對電路器件的破壞。

　　輸出過(guò)壓保護

　　輸出過(guò)壓保護在電子產(chǎn)品使用過(guò)程中很少起作用，但是在產(chǎn)品測試階段卻非常有用。很多升壓DC/DC轉換器會(huì )被用作白光LED燈的驅動(dòng)，用于手持設備的屏幕背光源。在產(chǎn)品測試的某些階段，驅動(dòng)電路不一定和屏幕相連接，造成電路負載開(kāi)路情況。此時(shí)若沒(méi)有過(guò)壓保護功能，轉換器的輸出電容上的電壓就會(huì )持續上升，造成轉換器和輸出電容的損壞。

　　大部分升壓DC/DC轉換器在輸出端有個(gè)檢測電路。一旦輸出電壓超過(guò)最大輸出額定值，轉換器會(huì )暫時(shí)關(guān)閉，使得輸出電壓下降。電壓降低到最大輸出額定值以下某一數值，轉換器又會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)。如果電路一直處于負載開(kāi)路狀態(tài)，輸出電壓將呈現三角波形。這有利于手持設備產(chǎn)品測試時(shí)的監測。TPS61080/1具有相同功能的輸出過(guò)壓保護。
　　
　　過(guò)熱保護

　　基于成本和面積的考慮，手持設備中的DC/DC轉化電路都采用集成MOS開(kāi)關(guān)管的轉換器芯片。并且迷你型的潮流使得產(chǎn)品內部空間變得越來(lái)越小，相應的電路線(xiàn)路板設計也變得越來(lái)越緊湊，元器件的散熱也變得至關(guān)重要。為了保護自身，所有轉換器芯片都會(huì )有過(guò)熱保護功能。器件如果在使用過(guò)程中自身溫度過(guò)高，轉換器會(huì )自動(dòng)停止工作并等待溫度降低到額定工作溫度范圍。
　　
　　軟啟動(dòng)

　　軟啟動(dòng)的作用在于防止轉換器啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的瞬間大電流。如果沒(méi)有軟啟動(dòng)，瞬間大電流會(huì )造成電池電壓低于工作額定電壓。手持設備系統會(huì )實(shí)時(shí)監測電池電壓，當電壓低于工作額定電壓時(shí)，系統報警并關(guān)閉整個(gè)系統。在啟動(dòng)階段，升壓DC/DC轉換器會(huì )對輸出電容充電，使其快速達到目標電壓，該階段對電池電流會(huì )有很大的需求。為了避免在啟動(dòng)階段對電池電壓過(guò)大的沖擊，轉換器內部會(huì )有軟啟動(dòng)機制，限制啟動(dòng)時(shí)的輸入電流，延長(cháng)啟動(dòng)時(shí)間，保證啟動(dòng)階段的電路平穩運行。

　　相比其他升壓DC/DC轉換器，TPS61080/1提供了更加靈活的軟啟動(dòng)功能。如圖1所示，芯片的SS引腳以及相連的電容可以設置軟啟動(dòng)的時(shí)間。時(shí)間越長(cháng)，啟動(dòng)時(shí)的輸入電流越小。具體電流計算可以參考TPS61080/1的數據手冊。靈活的軟啟動(dòng)功能使得TPS61080/1可以適應不同升壓電路的啟動(dòng)要求。

　　上述在升壓DC/DC轉換器中的四種保護功能，能夠使得電源設計變得更加可靠，更加安全。