短路保护功能
电池作为手持设备中的电源,通常直接给升压DC/DC转换器供电.由于升压DC/DC转化器本身拓扑结构的缺陷,从电池到负载始终有一条电流通路,如图1所示.一旦负载短路到地(GND),短路产生的大电流就有可能毁坏升压转化电路、电池、电感、肖特基二极管等电路元器件.一般的设计思路是在升压电路前端设置一个保险丝,与升压DC/DC转换器共同组成升压电路.为了节约电路元器件成本和电路版图面积,德州仪器的升压DC/DC转换器TPS61080/1集成了一个MOS管.该MOS管可以取代传统的保险丝,起到短路保护的功能.
TPS61080/1的结构框图如图1所示,MOS管与输入端VIN和电感一端L相连接.负载短路到地时,输出电压会迅速下降;当输出电压小于输入电压1.4V并持续13ms,MOS管会被触发而自动关闭,起到输入与输出的完全隔离和保护电路的功能.该MOS管也可称作隔离管.因为该管还有一个作用:当转换器关闭时隔离管会隔离输入输出,从而避免电池由电感和二极管形成的漏电通路进行不必要的放电,增加了电池的巡航时间.考虑到转换器启动时,输出电压低于输入电压,所以该触发条件在芯片启动时被延长至2ms.当短路保护启动后,TPS61080/1需要重新启动才能工作.
另外的短路情况也可能在使用中发生,即DC/DC器件引脚与地的短路、引脚与引脚之间的短路.这类情况都会使电路从电池那里瞬间获取巨大的电流.因为隔离管直接与电池电源连接,所以由短路引起的大电流势必流过隔离管.当该大电流达到短路保护电流参数值时,隔离MOS管被触发而自动关闭57ms.如果短路机制仍然存在,57ms后TPS61080/1会永久关闭.只有通过重新启动才能使TPS61080/1再次正常工作.与上述触发方式一起, TPS61080/1的隔离MOS管提供了高效的短路保护,防止短路造成对电路器件的破坏.
输出过压保护
输出过压保护在电子产品使用过程中很少起作用,但是在产品测试阶段却非常有用.很多升压DC/DC转换器会被用作白光LED灯的驱动,用于手持设备的屏幕背光源.在产品测试的某些阶段,驱动电路不一定和屏幕相连接,造成电路负载开路情况.此时若没有过压保护功能,转换器的输出电容上的电压就会持续上升,造成转换器和输出电容的损坏.
大部分升压DC/DC转换器在输出端有个检测电路.一旦输出电压超过最大输出额定值,转换器会暂时关闭,使得输出电压下降.电压降低到最大输出额定值以下某一数值,转换器又会自动启动.如果电路一直处于负载开路状态,输出电压将呈现三角波形.这有利于手持设备产品测试时的监测.TPS61080/1具有相同功能的输出过压保护.
过热保护
基于成本和面积的考虑,手持设备中的DC/DC转化电路都采用集成MOS开关管的转换器芯片.并且迷你型的潮流使得产品内部空间变得越来越小,相应的电路线路板设计也变得越来越紧凑,元器件的散热也变得至关重要.为了保护自身,所有转换器芯片都会有过热保护功能.器件如果在使用过程中自身温度过高,转换器会自动停止工作并等待温度降低到额定工作温度范围.
软启动
软启动的作用在于防止转换器启动时产生的瞬间大电流.如果没有软启动,瞬间大电流会造成电池电压低于工作额定电压.手持设备系统会实时监测电池电压,当电压低于工作额定电压时,系统报警并关闭整个系统.在启动阶段,升压DC/DC转换器会对输出电容充电,使其快速达到目标电压,该阶段对电池电流会有很大的需求.为了避免在启动阶段对电池电压过大的冲击,转换器内部会有软启动机制,限制启动时的输入电流,延长启动时间,保证启动阶段的电路平稳运行.
相比其他升压DC/DC转换器,TPS61080/1提供了更加灵活的软启动功能.如图1所示,芯片的SS引脚以及相连的电容可以设置软启动的时间.时间越长,启动时的输入电流越小.具体电流计算可以参考TPS61080/1的数据手册.灵活的软启动功能使得TPS61080/1可以适应不同升压电路的启动要求.
上述在升压DC/DC转换器中的四种保护功能,能够使得电源设计变得更加可靠,更加安全.
本文转自维库电子市场网(www.weeqoo.com),这个网站的PDF资料、电路图资料非常全.
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