IBA基電源系統的保護電路(05-100)

　　在很多計算和通信應用中,非隔離負載點(diǎn)(niPOL)中間總線(xiàn)結構(IBA)轉換器正在繼續替代通常的分布和中央電源系統方案。這種趨勢的關(guān)鍵驅動(dòng)力包括：系統電壓數的增加,較高的輸出電流,較嚴格的穩壓要求和較低總系統成本。很多IBA/niPOL方案能滿(mǎn)足這些要求。但是,這種方案沒(méi)有從前一般方案中的保護機構。

　　在電源系統設計中,過(guò)壓保護(OVP)和過(guò)溫保護(OTP)是非常希望的。沒(méi)有這些保護,在元件失效時(shí)會(huì )導致系統失效,并嚴重地損壞產(chǎn)品。很多niPOL轉換器,不管是購買(mǎi)的散件還是分立設計都不包含綜合的OVP和OTP電路。在每個(gè)niPOL轉換器中增加這種保護是可能的,但是,還可用更好的方法在系統級解決保護問(wèn)題。

　　IBA/POL系統

　　為了了解系統級的電源保護,用IBA/POL方案的典型電源系統框圖(圖1)來(lái)加以說(shuō)明。圖中由AC-DC電源產(chǎn)生12V中間總線(xiàn)。除主輸出之外,還有1個(gè)用于電源管理電路的總處于開(kāi)通狀態(tài)的輔助電源。此電路控制中間總線(xiàn)和各個(gè)niPOL轉換器,用使能信號置開(kāi)/關(guān)狀態(tài)、V-OK信號監控電壓。電源管理電路中的其他功能包括電壓定序、復位信號、狀態(tài)LED和到主機系統的其他接口。

 

　　圖1 典型的IBA/POL結構包括使能總線(xiàn)和下游轉換器的電源管理電路以及監控電壓的器件

 

　　圖2 可以響應過(guò)溫條件的PTC熱敏電阻

　　(a)和硅溫度開(kāi)關(guān)(b)

　　因為中間總線(xiàn)為所有下游轉換器以及風(fēng)扇、磁盤(pán)驅動(dòng)或其他負載提供電源,所以,它一般是大功率輸出。根據系統不同,此總線(xiàn)可提供200W~1KW。如失效條件使此功率都集中在單一器件上,則局部的熱量會(huì )燒壞器件和導致其他不利的影響。

　　在使用中,關(guān)鍵是電源管理電路關(guān)閉中間總線(xiàn)的能力。若某些失效導致系統某處溫度或電壓過(guò)高,則這種失效能力能在電源去除之后使損壞消除。對危險過(guò)溫或過(guò)壓事件的唯一合理響應是關(guān)斷電源。因此,設計方案為電源管理電路提供信號,使得能閉鎖中間總線(xiàn)來(lái)響應這些失效條件。

　　過(guò)溫保護

　　集中電源系統,如多輸出AC-DC電源,具有內部溫度傳感器、風(fēng)扇速度監控器來(lái)保護內部或外部熱失效。傳統的隔離DC-DC磚式轉換器也具有OTP,它是用放置在危險位置上的一個(gè)或多個(gè)熱傳感器來(lái)實(shí)現OTP。充分地測試這些產(chǎn)品來(lái)保證轉換器遭受永久損壞前輸出關(guān)閉。

　　相反,大多數niPOL轉換器不包括OTP性能。某些控制器IC在其管芯溫度太高時(shí)將關(guān)閉。然而,這不能檢測和保護功率元件(如MOSFET)的過(guò)溫。特別是在分立niPOL設計中,其電源軌與控制器可以是熱隔離的。

　　為了在系統級提供OTP,考慮電源系統過(guò)溫事件的原因。假設所設計的轉換器是從過(guò)流條件來(lái)保護自己,另外兩個(gè)剩下的關(guān)鍵條件是過(guò)高的環(huán)境溫度和不夠的氣流。大多數系統設計包括環(huán)境溫度傳感監控器。電源管理電路可以監控這些信號。若超過(guò)溫度和風(fēng)扇閾值,則電源管理控制器閉鎖總線(xiàn)轉換器并認定失效條件。

　　系統也可能有處理器、磁盤(pán)驅動(dòng)和ASIC這樣的元件,它們對熱失效比電源轉換器更敏感。系統設計已有用于這些器件的熱監控器,這可為功率管理電路提供另外的熱失效信息。

　　若需要電源系統更多熱監控,則可用小的低成本方案來(lái)實(shí)現?？梢园颜郎囟认禂?PTC)熱敏電阻放置在板上關(guān)鍵處。在連接到橋配置的比較器(見(jiàn)圖2a)時(shí),電路可由輔助電源(不需要基準電壓)供電。另外一種簡(jiǎn)單方案是用硅溫度傳感器(圖2b),這種傳感器在溫度閾值超過(guò)時(shí),它會(huì )提供一個(gè)數字信號。這些信號可以饋入電源管理電路來(lái)指示熱失效條件。應該仔細地選擇溫度閾值來(lái)保護器件,使其在所支持的工作條件下防止任何有害事件的發(fā)生。

　　最有效的方案可以把已有的系統傳感器結合起來(lái)。熱閾值檢測器容易使用,它們的輸出可以二極管“或”以使電源管理電路的復雜性最小。