熱插拔控制器在直流升壓電路中的設(shè)計應(yīng)用

　　3.2電路簡介

　　這是一款用了TPS2491熱插拔控制芯片的升壓電路，帶有輸出過流短路保護(hù)，當(dāng)遙控端CTL接地時，電源進(jìn)入待機(jī)模式，輸出為零。

　　熱插拔控制器包括用作電源控制主開關(guān)的N溝道MOSFET、測量電流的檢測電阻以及熱插拔控制器TPS2491三個主要元件，如上圖2所示。熱插拔控制器用于實(shí)現(xiàn)控制MOSFET導(dǎo)通電流的環(huán)路，其中包含一個電流檢測比較器。電流檢測比較器用于監(jiān)控外部檢測電阻上的電壓降。當(dāng)流過檢測電阻上產(chǎn)生50 mV以上電壓的電流將導(dǎo)致比較器指示過流，關(guān)閉MOSFET.TPS2491具有軟啟動功能，其中過流基準(zhǔn)電壓線性上升，而不是突然開啟，這使得負(fù)載電流也以類似方式跟著變化。

　　TPS2491內(nèi)部集成了比較器及參考電壓構(gòu)成的開啟電路用于使能輸出。比較器的開啟電壓為1.35 V，關(guān)閉電壓1.25 V，有0.1 V的滯差保證工作的穩(wěn)定。通過分壓電阻精確設(shè)定了使能控制器所必須達(dá)到的電源電壓。器件一旦使能，MOSFET柵極就開始充電，這種電路所使用的N溝道MOSFET的柵極電壓必須高于源極。為了在整個電源電壓(VCC)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這個條件，熱插拔控制器集成了一個電荷泵，能夠?qū)ATE引腳的電壓維持在比VCC還高10 V的水平。必要時，GATE引腳需要電荷泵上拉電流來使能MOSFET，并需要下拉電流來禁用MOSFET.較弱的下拉電流用于調(diào)節(jié)，較強(qiáng)的下拉電流則用于在短路情況下快速關(guān)閉MOSFET.

　　熱插拔控制器還有一個模塊為定時器，它限制過流情況下電流的調(diào)節(jié)時間。選用的MOSFET能在指定的最長時間內(nèi)承受一定的功率。MOSFET制造商使用圖3標(biāo)出這個范圍，或稱作安全工作區(qū)(SOA)。

　　圖3 MOSFET安全工作區(qū)

　　定時器還決定控制器自動重啟的時間，故障導(dǎo)致關(guān)閉MOSFET，經(jīng)過16個振蕩周期后，芯片重新使能輸出。

　　3.3設(shè)計過程

　　(4)選擇CT

　　選擇合適的電容，保證輸出啟動時能完成輸出電容的充電且不引起故障保護(hù)的動作。

　　(5)選擇使能啟動電壓

　　EN端啟動電壓為1.35 V，關(guān)閉電壓為1.25 V.利用此引腳，可以做輸入欠壓保護(hù);設(shè)計分壓電阻為240 kΩ和13 kΩ，開啟電壓為26.3 V，在24.3 V時關(guān)閉。

　　(6)其他參數(shù)

　　GATE驅(qū)動電阻，為了抑制高頻振蕩，通常取10Ω;PG端上拉電阻，保證吸收電流小于2 mA，在本設(shè)計中不需要，懸空處理;Vcc端旁路電容，取0.1μF.

　　電源使能端串聯(lián)一個二極管BAV70，低電平時可以關(guān)閉升壓電路和電源輸出。

　　4測試結(jié)果和各測試點(diǎn)的工作波形

　　測試結(jié)果為過流保護(hù)動作點(diǎn)：1.45 A;輸出長期短路無損壞，短路去除恢復(fù)輸出;遙控端使能工作正常。

　　上電時各個測試點(diǎn)波形如圖4所示。

　　圖4 上電波形

　　圖4中CH2是升壓后的電壓，當(dāng)輸入加電，升壓電路立即工作，很快達(dá)到28 V.為了防止后極負(fù)載的浪涌電流對MOSFET的沖擊，可以看到驅(qū)動電壓(CH1)是緩慢上升的，輸出電壓(CH3)也是跟隨緩慢上升。在啟動過程中，很明顯看到MOSFET的驅(qū)動電壓不高，MOSFET工作于線性區(qū)，同樣可以抑制輸出端電流的增大，有效保護(hù)MOSFET在啟動過程中不過載。

　　正常工作時的各點(diǎn)電壓如圖5所示。由圖5可以看到，正常工作時，輸出電壓(CH3)等于升壓后的電壓(CH2)，MOSFET驅(qū)動電壓(CH1)比輸出電壓高了14 V，可以保證MOSFET良好導(dǎo)通，降低熱耗和壓差。

　　圖5 正常工作波形