一種DC／DC轉(zhuǎn)換器的短路保護(hù)電路設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-08-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

英飛凌汽車電子生態(tài)圈
- 掃碼關(guān)注
  獲取最新最全汽車電子
  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

在工程應(yīng)用中，通常將輸出電壓小于設(shè)定輸出電壓的0．3倍視為電路處于短路狀態(tài)。在圖2中取VREF4=0．3VREF1，在電路正常軟啟動(dòng)時(shí)，通過產(chǎn)生Softstart_OK信號(hào)使比較器COMP1不工作，此時(shí)電路正常啟動(dòng)。當(dāng)電路檢測(cè)到輸出負(fù)載較大但不是短路狀態(tài)時(shí)，通過數(shù)據(jù)選擇器Data Selector將VREF2傳輸?shù)紺urrent_limit比較器的輸入端將電感電流限制在ILmax。當(dāng)電路檢測(cè)到輸出電壓低于正常輸出電壓的0．3倍時(shí)，即VFBVREF4，系統(tǒng)認(rèn)定為負(fù)載短路，此時(shí)啟動(dòng)短路保護(hù)電路。當(dāng)VFBVREF4時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器Timer，并迅速將Softstart復(fù)位，并通過數(shù)據(jù)選擇器Data Selector將VREF3傳輸?shù)紺urrent_limit比較器的輸入端將電感電流限制在一個(gè)微小的ILmax1。當(dāng)計(jì)時(shí)器達(dá)到一定時(shí)間后釋放Softstart并通過數(shù)據(jù)選擇器Data Selector將VREF2傳輸?shù)紺urrentlimit比較器的輸入端將電感電流再次限制在ILmax，并同時(shí)Softstart輸出Softstart_OK信號(hào)使COMP1比較器不工作。當(dāng)Softstart完成后釋放Softstart_OK使COMP1比較器不工作，若VFB>VREF4，則電路恢復(fù)正常工作；反之，則繼續(xù)上述動(dòng)作，直至電路恢復(fù)正常工作，否則一直重復(fù)上述動(dòng)作。在短路時(shí)，Vsense與IL的關(guān)系不變。但是Current_limit比較器的輸入端基準(zhǔn)電壓變小為VREF3，則有

選擇合適的VREF3，即可有效降低短路時(shí)的輸出電流，進(jìn)而提高芯片工作效率，延長(zhǎng)芯片使用周期，提高產(chǎn)品及系統(tǒng)的可靠性。

3 新型短路保護(hù)電路
圖3為短路檢測(cè)與控制邏輯電路，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，啟動(dòng)短路保護(hù)電路之后，并不再進(jìn)行短路檢測(cè)直到短路機(jī)制完成所有工作后才再次檢測(cè)。圖中左側(cè)虛線部分為鎖存電路，只要發(fā)生短路，及時(shí)鎖存當(dāng)前狀態(tài)，直到短路保護(hù)的所有動(dòng)作完成之后釋放當(dāng)前狀態(tài)，再次檢測(cè)是否發(fā)生短路，若沒有發(fā)生就正常啟動(dòng)電路，反之繼續(xù)啟動(dòng)短路保護(hù)電路。鎖存檢測(cè)到短路狀態(tài)之后保持當(dāng)前狀態(tài)，并不讓電路反復(fù)檢測(cè)，以免電路無法再次啟動(dòng)。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/175753.htm

當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，VFB>VREF4，此時(shí)電路不會(huì)進(jìn)入短路保護(hù)狀態(tài)，并且Timer_OK信號(hào)為低電平，Softstart_OK為高電平，則Reset信號(hào)為低電平，Timer_Reset信號(hào)為高電平，此時(shí)Timer_Reset信號(hào)對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行清零處理，直到下次計(jì)時(shí)器工作時(shí)，重新計(jì)時(shí)并且數(shù)據(jù)選擇器將VREF2連接到Current_limit的輸入端以獲得較大的電流限電流。
在系統(tǒng)發(fā)生短路瞬間，VFB>VREF4變?yōu)閂FBVREF4，COMP1比較器輸出從高電平跳為低電平，脈沖發(fā)生電路迅速產(chǎn)生高電平脈沖使Timer_ Reset信號(hào)為低電平，Reset信號(hào)為高電平，對(duì)Softstart進(jìn)行清零處理，Softstart_OK變?yōu)榈碗娖?，直到下一次Softstart電路工作時(shí)重新計(jì)時(shí)Timer_Reset信號(hào)為低電平，并且由于Reset信號(hào)為高電平和Softstart_OK變?yōu)榈碗娖?，DIFF觸發(fā)器會(huì)從QB端輸出高電平，達(dá)到屏蔽比較器輸出的效果以避免無限重復(fù)觸發(fā)短路保護(hù)電路。此時(shí)Timer_OK信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑i存當(dāng)前狀態(tài)并將VREF2連接到Current_limit比較器的輸入端以確保發(fā)生短路時(shí)沒有較小的限電流流過電感。由于Timer_Reset信號(hào)為低電平，計(jì)時(shí)器Timer開始工作。當(dāng)Timer計(jì)時(shí)結(jié)束，Timer_OK信號(hào)為低電平，并且此時(shí)脈沖發(fā)生電路的輸出為低電平，則Timer_Reset信號(hào)為高電平，及時(shí)對(duì)Timer進(jìn)行清零處理，等待下一次計(jì)時(shí)，同時(shí)Reset信號(hào)為低電平，Softstart電路開始工作，電路正常工作。當(dāng)Softstart電路輸出Softstart_OK為高電平時(shí)鎖存電路的輸出端QB變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)再次VFB比較VREF4的大小，若VFB>VREF4，電路恢復(fù)正常工作，反之再次進(jìn)入短路保護(hù)狀態(tài)，重復(fù)上述動(dòng)作，直至檢測(cè)到VFB>VREF4，電路恢復(fù)正常工作。

4 仿真結(jié)果分析
圖4為一款輸入電壓為12 V，輸出電壓為5 V，正常工作時(shí)負(fù)載電流為2 A的DC／DC芯片的測(cè)試波形圖，圖中波形為負(fù)載處于短路狀態(tài)時(shí)的電感電流IL的波形圖。從圖中可以看出，短路時(shí)電流會(huì)達(dá)到6 A，但在加入短路保護(hù)后短路電流會(huì)降低到幾十mA。

5 結(jié)束語
該電路已成功應(yīng)用于一款高壓同步DC／DC轉(zhuǎn)換器類芯片，目前該芯片已經(jīng)投入生產(chǎn)。在原有的限流電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一款新穎的短路保護(hù)電路，大幅減小了芯片在發(fā)生短路時(shí)的輸入電流，降低了短路時(shí)的功耗，有效延長(zhǎng)了芯片的使用壽命，并具備短路狀態(tài)結(jié)束后自啟動(dòng)的功能，在眾多高科技產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，如藍(lán)牙耳機(jī)，筆記本電腦等。