手持設(shè)備中升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器可靠性設(shè)計(jì)

　　短路保護(hù)功能
　　電池作為手持設(shè)備中的電源，通常直接給升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器供電。由于升壓DC/DC轉(zhuǎn)化器本身拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺陷，從電池到負(fù)載始終有一條電流通路，如圖1所示。一旦負(fù)載短路到地(GND),短路產(chǎn)生的大電流就有可能毀壞升壓轉(zhuǎn)化電路、電池、電感、肖特基二極管等電路元器件。一般的設(shè)計(jì)思路是在升壓電路前端設(shè)置一個(gè)保險(xiǎn)絲，與升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器共同組成升壓電路。 為了節(jié)約電路元器件成本和電路版圖面積，德州儀器的升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS61080/1集成了一個(gè)MOS管。該MOS管可以取代傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲，起到短路保護(hù)的功能。

　　TPS61080/1的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，MOS管與輸入端VIN和電感一端L相連接。負(fù)載短路到地時(shí)，輸出電壓會(huì)迅速下降；當(dāng)輸出電壓小于輸入電壓1.4V并持續(xù)13ms，MOS管會(huì)被觸發(fā)而自動(dòng)關(guān)閉，起到輸入與輸出的完全隔離和保護(hù)電路的功能。該MOS管也可稱作隔離管。因?yàn)樵摴苓€有一個(gè)作用：當(dāng)轉(zhuǎn)換器關(guān)閉時(shí)隔離管會(huì)隔離輸入輸出，從而避免電池由電感和二極管形成的漏電通路進(jìn)行不必要的放電，增加了電池的巡航時(shí)間。考慮到轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)時(shí)，輸出電壓低于輸入電壓，所以該觸發(fā)條件在芯

片啟動(dòng)時(shí)被延長(zhǎng)至2ms。當(dāng)短路保護(hù)啟動(dòng)后，TPS61080/1需要重新啟動(dòng)才能工作。

　　另外的短路情況也可能在使用中發(fā)生，即DC/DC器件引腳與地的短路、引腳與引腳之間的短路。這類情況都會(huì)使電路從電池那里瞬間獲取巨大的電流。因?yàn)楦綦x管直接與電池電源連接，所以由短路引起的大電流勢(shì)必流過隔離管。當(dāng)該大電流達(dá)到短路保護(hù)電流參數(shù)值時(shí)，隔離MOS管被觸發(fā)而自動(dòng)關(guān)閉57ms。如果短路機(jī)制仍然存在，57ms后TPS61080/1會(huì)永久關(guān)閉。只有通過重新啟動(dòng)才能使TPS61080/1再次正常工作。與上述觸發(fā)方式一起，TPS61080/1的隔離MOS管提供了高效的短路保護(hù)，防止短路造成對(duì)電路器件的破壞。

　　輸出過壓保護(hù)

　　輸出過壓保護(hù)在電子產(chǎn)品使用過程中很少起作用，但是在產(chǎn)品測(cè)試階段卻非常有用。很多升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器會(huì)被用作白光LED燈的驅(qū)動(dòng)，用于手持設(shè)備的屏幕背光源。在產(chǎn)品測(cè)試的某些階段，驅(qū)動(dòng)電路不一定和屏幕相連接，造成電路負(fù)載開路情況。此時(shí)若沒有過壓保護(hù)功能，轉(zhuǎn)換器的輸出電容上的電壓就會(huì)持續(xù)上升，造成轉(zhuǎn)換器和輸出電容的損壞。

　　大部分升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器在輸出端有個(gè)檢測(cè)電路。一旦輸出電壓超過最大輸出額定值，轉(zhuǎn)換器會(huì)暫時(shí)關(guān)閉，使得輸出電壓下降。電壓降低到最大輸出額定值以下某一數(shù)值，轉(zhuǎn)換器又會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。如果電路一直處于負(fù)載開路狀態(tài)，輸出電壓將呈現(xiàn)三角波形。這有利于手持設(shè)備產(chǎn)品測(cè)試時(shí)的監(jiān)測(cè)。TPS61080/1具有相同功能的輸出過壓保護(hù)。
　　
　　過熱保護(hù)

　　基于成本和面積的考慮，手持設(shè)備中的DC/DC轉(zhuǎn)化電路都采用集成MOS開關(guān)管的轉(zhuǎn)換器芯片。并且迷你型的潮流使得產(chǎn)品內(nèi)部空間變得越來越小，相應(yīng)的電路線路板設(shè)計(jì)也變得越來越緊湊，元器件的散熱也變得至關(guān)重要。為了保護(hù)自身，所有轉(zhuǎn)換器芯片都會(huì)有過熱保護(hù)功能。器件如果在使用過程中自身溫度過高，轉(zhuǎn)換器會(huì)自動(dòng)停止工作并等待溫度降低到額定工作溫度范圍。
　　
　　軟啟動(dòng)

　　軟啟動(dòng)的作用在于防止轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的瞬間大電流。如果沒有軟啟動(dòng)，瞬間大電流會(huì)造成電池電壓低于工作額定電壓。手持設(shè)備系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓，當(dāng)電壓低于工作額定電壓時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。在啟動(dòng)階段，升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器會(huì)對(duì)輸出電容充電，使其快速達(dá)到目標(biāo)電壓，該階段對(duì)電池電流會(huì)有很大的需求。為了避免在啟動(dòng)階段對(duì)電池電壓過大的沖擊，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部會(huì)有軟啟動(dòng)機(jī)制，限制啟動(dòng)時(shí)的輸入電流，延長(zhǎng)啟動(dòng)時(shí)間，保證啟動(dòng)階段的電路平穩(wěn)運(yùn)行。

　　相比其他升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，TPS61080/1提供了更加靈活的軟啟動(dòng)功能。如圖1所示，芯片的SS引腳以及相連的電容可以設(shè)置軟啟動(dòng)的時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)的輸入電流越小。具體電流計(jì)算可以參考TPS61080/1的數(shù)據(jù)手冊(cè)。靈活的軟啟動(dòng)功能使得TPS61080/1可以適應(yīng)不同升壓電路的啟動(dòng)要求。

　　上述在升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器中的四種保護(hù)功能，能夠使得電源設(shè)計(jì)變得更加可靠，更加安全。