熱插拔控制器在直流升壓電路中的設計應用

　　設計了一種利用熱插拔保護控制芯片，實(shí)現直流升壓電路的輸出過(guò)流、短路保護。本文分析了直流升壓電路以及熱插拔保護電路的工作原理及實(shí)現方式，詳細介紹了電路及參數設計、選擇過(guò)程，以及實(shí)際工作開(kāi)關(guān)波形，并給出了設計實(shí)例。實(shí)驗證明，利用熱插拔保護控制芯片，有效地避免了常規直流升壓電路在輸出過(guò)流短路時(shí)的固有缺陷，提高了電源使用的可靠性。

　　0引言

　　熱插拔保護電路通常用于服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò )交換機、以及其他形式的通信基礎設施等高可用性系統。這種系統通常需要在帶電狀態(tài)下替換發(fā)生故障的電路板或模塊，而系統照樣維持正常運轉，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為熱插拔(Hot Swapping)。本文將闡述熱插拔控制器的另一種用法，利用熱插拔保護電路具有的過(guò)流和短路保護功能，解決開(kāi)關(guān)直流升壓電路的輸出端保護問(wèn)題。

　　1開(kāi)關(guān)直流升壓電路的基本原理

　　開(kāi)關(guān)直流升壓電路(The Boost Converter或者Step-up Converter)，是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路。輸出電壓高于輸入電壓，輸出電壓極性不變，基本電路圖如圖1所示。

　　圖1 開(kāi)關(guān)直流升壓電路

　　開(kāi)關(guān)管導通時(shí)，電源經(jīng)由電感-開(kāi)關(guān)管形成回路，電流在電感中轉化為磁能貯存;開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感中的磁能轉化為電能在電感端左負右正，此電壓疊加在電源正端，經(jīng)由二極管-負載形成回路，完成升壓功能。

　　輸出過(guò)流時(shí)，電路會(huì )采樣開(kāi)關(guān)管的峰值電流，減小占空比，導致輸出電壓下降。當輸出電壓降到輸入電壓時(shí)，過(guò)流保護不再受控，保護失效。另外輸出過(guò)流點(diǎn)還會(huì )隨著(zhù)輸入電壓升高而變大。當輸出短路時(shí)，輸入電源會(huì )通過(guò)電感、升壓二極管形成短路回路，導致電源故障。BOOST電路還有一個(gè)缺陷是不方便控制關(guān)閉輸出，當控制芯片關(guān)閉，開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，輸出仍然有電壓，不像BUCK電路，很方便的將輸出電壓降到0 V.

　　2熱插拔控制器的基本原理

　　熱插拔(Hot-Plugging或Hot Swap)即帶電插拔，熱插拔功能就是允許用戶(hù)在不關(guān)閉系統，不切斷電源的情況下取出和更換損壞的電源或板卡等部件，從而提高了系統對災難的及時(shí)恢復能力、擴展性和靈活性。如果沒(méi)有熱插拔控制器，負載端的模塊插拔時(shí)，會(huì )對電源產(chǎn)生浪涌電流的沖擊，影響電壓的穩定與電源的可靠性。這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)熱插拔控制器來(lái)解決，熱插拔控制器能合理控制浪涌電流，確保安全上電間隔。上電后，熱插拔控制器還能持續監控電源電流，在正常工作過(guò)程中避免短路和過(guò)流。

　　3關(guān)鍵電路設計與實(shí)例

　　3.1電源要求

　　電源實(shí)例如圖2所示，其中的電源輸入9~18 V，額定輸出28 V/1.2 A，過(guò)流保護1.5 A.

　　圖2 電源實(shí)例