一種DC/DC轉換器的短路保護電路設計
在工程應用中,通常將輸出電壓小于設定輸出電壓的0.3倍視為電路處于短路狀態(tài)。在圖2中取VREF4=0.3VREF1,在電路正常軟啟動時,通過產生Softstart_OK信號使比較器COMP1不工作,此時電路正常啟動。當電路檢測到輸出負載較大但不是短路狀態(tài)時,通過數據選擇器Data Selector將VREF2傳輸到Current_limit比較器的輸入端將電感電流限制在ILmax。當電路檢測到輸出電壓低于正常輸出電壓的0.3倍時,即VFBVREF4,系統認定為負載短路,此時啟動短路保護電路。當VFBVREF4時,啟動計時器Timer,并迅速將Softstart復位,并通過數據選擇器Data Selector將VREF3傳輸到Current_limit比較器的輸入端將電感電流限制在一個微小的ILmax1。當計時器達到一定時間后釋放Softstart并通過數據選擇器Data Selector將VREF2傳輸到Currentlimit比較器的輸入端將電感電流再次限制在ILmax,并同時Softstart輸出Softstart_OK信號使COMP1比較器不工作。當Softstart完成后釋放Softstart_OK使COMP1比較器不工作,若VFB>VREF4,則電路恢復正常工作;反之,則繼續(xù)上述動作,直至電路恢復正常工作,否則一直重復上述動作。在短路時,Vsense與IL的關系不變。但是Current_limit比較器的輸入端基準電壓變小為VREF3,則有
選擇合適的VREF3,即可有效降低短路時的輸出電流,進而提高芯片工作效率,延長芯片使用周期,提高產品及系統的可靠性。
3 新型短路保護電路
圖3為短路檢測與控制邏輯電路,當發(fā)生短路時,啟動短路保護電路之后,并不再進行短路檢測直到短路機制完成所有工作后才再次檢測。圖中左側虛線部分為鎖存電路,只要發(fā)生短路,及時鎖存當前狀態(tài),直到短路保護的所有動作完成之后釋放當前狀態(tài),再次檢測是否發(fā)生短路,若沒有發(fā)生就正常啟動電路,反之繼續(xù)啟動短路保護電路。鎖存檢測到短路狀態(tài)之后保持當前狀態(tài),并不讓電路反復檢測,以免電路無法再次啟動。本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175753.htm
當系統正常工作時,VFB>VREF4,此時電路不會進入短路保護狀態(tài),并且Timer_OK信號為低電平,Softstart_OK為高電平,則Reset信號為低電平,Timer_Reset信號為高電平,此時Timer_Reset信號對計時器進行清零處理,直到下次計時器工作時,重新計時并且數據選擇器將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)生電路迅速產生高電平脈沖使Timer_ Reset信號為低電平,Reset信號為高電平,對Softstart進行清零處理,Softstart_OK變?yōu)榈碗娖?,直到下一次Softstart電路工作時重新計時Timer_Reset信號為低電平,并且由于Reset信號為高電平和Softstart_OK變?yōu)榈碗娖?,DIFF觸發(fā)器會從QB端輸出高電平,達到屏蔽比較器輸出的效果以避免無限重復觸發(fā)短路保護電路。此時Timer_OK信號變?yōu)楦唠娖?,鎖存當前狀態(tài)并將VREF2連接到Current_limit比較器的輸入端以確保發(fā)生短路時沒有較小的限電流流過電感。由于Timer_Reset信號為低電平,計時器Timer開始工作。當Timer計時結束,Timer_OK信號為低電平,并且此時脈沖發(fā)生電路的輸出為低電平,則Timer_Reset信號為高電平,及時對Timer進行清零處理,等待下一次計時,同時Reset信號為低電平,Softstart電路開始工作,電路正常工作。當Softstart電路輸出Softstart_OK為高電平時鎖存電路的輸出端QB變?yōu)榈碗娖?,此時再次VFB比較VREF4的大小,若VFB>VREF4,電路恢復正常工作,反之再次進入短路保護狀態(tài),重復上述動作,直至檢測到VFB>VREF4,電路恢復正常工作。
4 仿真結果分析
圖4為一款輸入電壓為12 V,輸出電壓為5 V,正常工作時負載電流為2 A的DC/DC芯片的測試波形圖,圖中波形為負載處于短路狀態(tài)時的電感電流IL的波形圖。從圖中可以看出,短路時電流會達到6 A,但在加入短路保護后短路電流會降低到幾十mA。
5 結束語
該電路已成功應用于一款高壓同步DC/DC轉換器類芯片,目前該芯片已經投入生產。在原有的限流電路的基礎上設計一款新穎的短路保護電路,大幅減小了芯片在發(fā)生短路時的輸入電流,降低了短路時的功耗,有效延長了芯片的使用壽命,并具備短路狀態(tài)結束后自啟動的功能,在眾多高科技產品中得到廣泛應用,如藍牙耳機,筆記本電腦等。
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