IBA基電源系統的保護電路(05-100)

　　輸出過(guò)壓保護

　　由于尺寸的減小,使得新式低電壓IC對過(guò)壓條件特別敏感。電源過(guò)壓可能導致半導體結擊穿。這可能經(jīng)器件產(chǎn)生低電阻通路,而變成局部熱源。

　　若電阻對于斷開(kāi)轉換器的過(guò)載保護電路不是足夠低,則失效器件可能變得熱失控。其結果是冒煙,起火燒壞板和元件,有嚴重的氣味。

　　因此,在損耗可能發(fā)生前,檢測和適當地響應任何的輸出過(guò)壓條件是極其重要的。

　　購買(mǎi)的AC-DC電源和隔離DC-DC單元具有防止持續過(guò)壓條件的性能。首先,電源軌的隔離特性防止輸出過(guò)壓引起的任何短路MOSFET。其次,用分離基準來(lái)監控器件輸出電壓。若輸出電壓變得太高,一個(gè)分離信號穿過(guò)隔離邊界來(lái)閉鎖脈寬調制(PWM)控制器。

　　然而,相當可靠的非隔離同步降壓轉換器(最普通的niPOL)給出持續的過(guò)壓條件來(lái)響應幾個(gè)單點(diǎn)失效條件(圖3)。首先考慮R1的焊點(diǎn)斷開(kāi)將會(huì )發(fā)生什么事情。這會(huì )斷開(kāi)到誤差放大器的反饋信號,導致控制器誤認為輸出電壓太低。據此,它將達到最大占空比,導致幾乎整個(gè)輸入電壓呈現在輸出。

 

　　圖3 非?？煽康姆歉綦x同步降壓轉換器,可以給出由于不同單點(diǎn)失效條件引起的持續輸出過(guò)壓

 

　　圖4 只檢測欠壓條件的典型的電壓監控器(a)?？梢詸z測欠壓和過(guò)壓條件的窗口比較器(b)

　　其次,考慮MOSFETQ1短路失效。這將驅動(dòng)開(kāi)關(guān)節點(diǎn)變高態(tài)并力圖施加輸入電壓跨接在輸出。大多數控制器導通Q2,降低占空比或通過(guò)其內部過(guò)壓檢測來(lái)響應此條件。因此,大的電源電流將流經(jīng)兩個(gè)MOSFET。但是,若這是非常大功率的總線(xiàn),其輸出可能是不確定的。最后,若控制器內的基準失效,這也可能使得輸出超出設定的設置點(diǎn)。

　　如同過(guò)溫保護一樣,在每個(gè)niPOL轉換器可增加更多電路防止導致輸出過(guò)壓的這些失效模式。為了響應斷開(kāi)反饋或基準失效,可以用另一個(gè)基準和比較器來(lái)監控輸出信號,而且,在必要時(shí)可關(guān)斷控制器。為響應短路MOSFET,可以用輸入斷開(kāi)開(kāi)關(guān)或帶SCR的線(xiàn)內保險絲來(lái)中斷到轉換器的輸入電源。然而,這些電路對系統設計中的成本、尺寸和功耗有負面影響。再一次可用系統級方法來(lái)實(shí)現更好的方案。

　　如圖1所見(jiàn),每個(gè)輸出已有一個(gè)電壓監控電路。在大多數情況下,設計人員選擇市場(chǎng)上可得到的一個(gè)通用電壓監控IC(如圖4a)。此時(shí),被監控的電壓與內部基準電壓進(jìn)行比較。一個(gè)單數字輸出確定監控電壓是否低于或高于基準電壓。例如,監控1.8V電源將導致在達到1.71V或額定值的95%時(shí),此信號變?yōu)橛行?。因為此電路僅給出一個(gè)信息(高于或低于閾值),所以它僅用來(lái)監控輸出欠壓(UV#)。一個(gè)典型設計保持系統處在復位狀態(tài),除非所有電源電壓高于UV閾值。

　　增加一個(gè)比較器和一個(gè)電阻器,電路變成窗口比較器(圖4b )。窗口比較器不僅僅提供已有的UV#信號,而且也提供過(guò)壓(OV#)信號來(lái)檢測輸出電壓是否太高。多電源提供這種比較器,所以只需要增加一個(gè)電阻器。也可以用一個(gè)分離基準和比較器實(shí)現OV#檢測。

　　與熱失效條件一樣,響應輸出過(guò)壓的唯一合適的操作是關(guān)斷系統電源。因此,若OV#信號變?yōu)橛行?則電源管理電路立即閉鎖中間總線(xiàn)轉換器和認定失效狀態(tài)做為響應。這也可以防止損耗半導體器件和其他負載,允許重新修復板。

　　OV#斷開(kāi)電壓應該設置得足夠高,以保證在啟動(dòng)、負載增量或其他瞬態(tài)條件下不被認定為失效?？煞胖靡粋€(gè)小電容器與RC并聯(lián),來(lái)濾除任何噪聲或增加一個(gè)小的延遲。

　　此監控電路與niPOL轉換器無(wú)關(guān),它具有自身的基準。監控電路放置在系統板上的方便位置,通?？拷髫撦d。由于輸出是數字的,所以很少關(guān)心返回到電源管理電路的噪聲耦合。若OV信號是集電極開(kāi)路,則所有OV監控器可以是二極管“或”在一起,來(lái)產(chǎn)生一個(gè)主OV信號到電源管理控制器,使設計復雜性最小。

　　電源系統設計人員必須保證當它們放在一起時(shí),總電源系統的工作如所希望的那樣。盡管很多失效造成非惡性的條件(如停止工作),但是,一些失效可能導致非常驚人的事件。只要有可能,就應該避免失效條件下的集中熱和功耗。采用總是開(kāi)通的輔助電源和已有的電源管理電路,用低成本、少元件和小的設計影響可以在系統級實(shí)現過(guò)壓和過(guò)溫保護。斷開(kāi)高功率中間總線(xiàn)可去除使系統遭受重大損害的能量?！?益林)