手持設(shè)備中升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器可靠性設(shè)計

　　短路保護功能
　　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)化器本身拓撲結(jié)構(gòu)的缺陷，從電池到負載始終有一條電流通路，如圖1所示。一旦負載短路到地(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)計思路是在升壓電路前端設(shè)置一個保險絲，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MOS管。該MOS管可以取代傳統(tǒng)的保險絲，起到短路保護的功能。

　　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。負載短路到地時，輸出電壓會迅速下降；當輸出電壓小于輸入電壓1.4V并持續(xù)13ms，MOS管會被觸發(fā)而自動關(guān)閉，起到輸入與輸出的完全隔離和保護電路的功能。該MOS管也可稱作隔離管。因為該管還有一個作用：當轉(zhuǎn)換器關(guān)閉時隔離管會隔離輸入輸出，從而避免電池由電感和二極管形成的漏電通路進行不必要的放電，增加了電池的巡航時間?？紤]到轉(zhuǎn)換器啟動時，輸出電壓低于輸入電壓，所以該觸發(fā)條件在芯

片啟動時被延長至2ms。當短路保護啟動后，TPS61080/1需要重新啟動才能工作。

　　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。這類情況都會使電路從電池那里瞬間獲取巨大的電流。因為隔離管直接與電池電源連接，所以由短路引起的大電流勢必流過隔離管。當該大電流達到短路保護電流參數(shù)值時，隔離MOS管被觸發(fā)而自動關(guān)閉57ms。如果短路機制仍然存在，57ms后TPS61080/1會永久關(guān)閉。只有通過重新啟動才能使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，防止短路造成對電路器件的破壞。

　　輸出過壓保護

　　輸出過壓保護在電子產(chǎn)品使用過程中很少起作用，但是在產(chǎn)品測試階段卻非常有用。很多升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器會被用作白光LED燈的驅(qū)動，用于手持設(shè)備的屏幕背光源。在產(chǎn)品測試的某些階段，驅(qū)動電路不一定和屏幕相連接，造成電路負載開路情況。此時若沒有過壓保護功能，轉(zhuǎn)換器的輸出電容上的電壓就會持續(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)換器在輸出端有個檢測電路。一旦輸出電壓超過最大輸出額定值，轉(zhuǎn)換器會暫時關(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)換器又會自動啟動。如果電路一直處于負載開路狀態(tài)，輸出電壓將呈現(xiàn)三角波形。這有利于手持設(shè)備產(chǎn)品測試時的監(jiān)測。TPS61080/1具有相同功能的輸出過壓保護。
　　
　　過熱保護

　　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。為了保護自身，所有轉(zhuǎn)換器芯片都會有過熱保護功能。器件如果在使用過程中自身溫度過高，轉(zhuǎn)換器會自動停止工作并等待溫度降低到額定工作溫度范圍。
　　
　　軟啟動

　　軟啟動的作用在于防止轉(zhuǎn)換器啟動時產(chǎn)生的瞬間大電流。如果沒有軟啟動，瞬間大電流會造成電池電壓低于工作額定電壓。手持設(shè)備系統(tǒng)會實時監(jiān)測電池電壓，當電壓低于工作額定電壓時，系統(tǒng)報警并關(guān)閉整個系統(tǒng)。在啟動階段，升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器會對輸出電容充電，使其快速達到目標電壓，該階段對電池電流會有很大的需求。為了避免在啟動階段對電池電壓過大的沖擊，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部會有軟啟動機制，限制啟動時的輸入電流，延長啟動時間，保證啟動階段的電路平穩(wěn)運行。

　　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)置軟啟動的時間。時間越長，啟動時的輸入電流越小。具體電流計算可以參考TPS61080/1的數(shù)據(jù)手冊。靈活的軟啟動功能使得TPS61080/1可以適應(yīng)不同升壓電路的啟動要求。

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