IBA基電源系統的保護電路(05-100)

　　在很多計算和通信應用中,非隔離負載點(niPOL)中間總線結構(IBA)轉換器正在繼續替代通常的分布和中央電源系統方案。這種趨勢的關鍵驅動力包括：系統電壓數的增加,較高的輸出電流,較嚴格的穩壓要求和較低總系統成本。很多IBA/niPOL方案能滿足這些要求。但是,這種方案沒有從前一般方案中的保護機構。

　　在電源系統設計中,過壓保護(OVP)和過溫保護(OTP)是非常希望的。沒有這些保護,在元件失效時會導致系統失效,并嚴重地損壞產品。很多niPOL轉換器,不管是購買的散件還是分立設計都不包含綜合的OVP和OTP電路。在每個niPOL轉換器中增加這種保護是可能的,但是,還可用更好的方法在系統級解決保護問題。

　　IBA/POL系統

　　為了了解系統級的電源保護,用IBA/POL方案的典型電源系統框圖(圖1)來加以說明。圖中由AC-DC電源產生12V中間總線。除主輸出之外,還有1個用于電源管理電路的總處于開通狀態的輔助電源。此電路控制中間總線和各個niPOL轉換器,用使能信號置開/關狀態、V-OK信號監控電壓。電源管理電路中的其他功能包括電壓定序、復位信號、狀態LED和到主機系統的其他接口。

 

　　圖1 典型的IBA/POL結構包括使能總線和下游轉換器的電源管理電路以及監控電壓的器件

 

　　圖2 可以響應過溫條件的PTC熱敏電阻

　　(a)和硅溫度開關(b)

　　因為中間總線為所有下游轉換器以及風扇、磁盤驅動或其他負載提供電源,所以,它一般是大功率輸出。根據系統不同,此總線可提供200W~1KW。如失效條件使此功率都集中在單一器件上,則局部的熱量會燒壞器件和導致其他不利的影響。

　　在使用中,關鍵是電源管理電路關閉中間總線的能力。若某些失效導致系統某處溫度或電壓過高,則這種失效能力能在電源去除之后使損壞消除。對危險過溫或過壓事件的唯一合理響應是關斷電源。因此,設計方案為電源管理電路提供信號,使得能閉鎖中間總線來響應這些失效條件。

　　過溫保護

　　集中電源系統,如多輸出AC-DC電源,具有內部溫度傳感器、風扇速度監控器來保護內部或外部熱失效。傳統的隔離DC-DC磚式轉換器也具有OTP,它是用放置在危險位置上的一個或多個熱傳感器來實現OTP。充分地測試這些產品來保證轉換器遭受永久損壞前輸出關閉。

　　相反,大多數niPOL轉換器不包括OTP性能。某些控制器IC在其管芯溫度太高時將關閉。然而,這不能檢測和保護功率元件(如MOSFET)的過溫。特別是在分立niPOL設計中,其電源軌與控制器可以是熱隔離的。

　　為了在系統級提供OTP,考慮電源系統過溫事件的原因。假設所設計的轉換器是從過流條件來保護自己,另外兩個剩下的關鍵條件是過高的環境溫度和不夠的氣流。大多數系統設計包括環境溫度傳感監控器。電源管理電路可以監控這些信號。若超過溫度和風扇閾值,則電源管理控制器閉鎖總線轉換器并認定失效條件。

　　系統也可能有處理器、磁盤驅動和ASIC這樣的元件,它們對熱失效比電源轉換器更敏感。系統設計已有用于這些器件的熱監控器,這可為功率管理電路提供另外的熱失效信息。

　　若需要電源系統更多熱監控,則可用小的低成本方案來實現?？梢园颜郎囟认禂?PTC)熱敏電阻放置在板上關鍵處。在連接到橋配置的比較器(見圖2a)時,電路可由輔助電源(不需要基準電壓)供電。另外一種簡單方案是用硅溫度傳感器(圖2b),這種傳感器在溫度閾值超過時,它會提供一個數字信號。這些信號可以饋入電源管理電路來指示熱失效條件。應該仔細地選擇溫度閾值來保護器件,使其在所支持的工作條件下防止任何有害事件的發生。

　　最有效的方案可以把已有的系統傳感器結合起來。熱閾值檢測器容易使用,它們的輸出可以二極管“或”以使電源管理電路的復雜性最小。