IBA基電源系統(tǒng)的保護電路(05-100)

　　在很多計算和通信應(yīng)用中,非隔離負載點(niPOL)中間總線結(jié)構(gòu)(IBA)轉(zhuǎn)換器正在繼續(xù)替代通常的分布和中央電源系統(tǒng)方案。這種趨勢的關(guān)鍵驅(qū)動力包括：系統(tǒng)電壓數(shù)的增加,較高的輸出電流,較嚴格的穩(wěn)壓要求和較低總系統(tǒng)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(gòu)。

　　在電源系統(tǒng)設(shè)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(dǎo)致系統(tǒng)失效,并嚴重地損壞產(chǎn)品。很多niPOL轉(zhuǎn)換器,不管是購買的散件還是分立設(shè)計都不包含綜合的OVP和OTP電路。在每個niPOL轉(zhuǎn)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(tǒng)級解決保護問題。

　　IBA/POL系統(tǒng)

　　為了了解系統(tǒng)級的電源保護,用IBA/POL方案的典型電源系統(tǒng)框圖(圖1)來加以說明。圖中由AC-DC電源產(chǎn)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(tài)的輔助電源。此電路控制中間總線和各個niPOL轉(zhuǎn)換器,用使能信號置開/關(guān)狀態(tài)、V-OK信號監(jiān)控電壓。電源管理電路中的其他功能包括電壓定序、復(fù)位信號、狀態(tài)LED和到主機系統(tǒng)的其他接口。

 

　　圖1 典型的IBA/POL結(jié)構(gòu)包括使能總線和下游轉(zhuǎn)換器的電源管理電路以及監(jiān)控電壓的器件

 

　　圖2 可以響應(yīng)過溫條件的PTC熱敏電阻

　　(a)和硅溫度開關(guān)(b)

　　因為中間總線為所有下游轉(zhuǎn)換器以及風(fēng)扇、磁盤驅(qū)動或其他負載提供電源,所以,它一般是大功率輸出。根據(jù)系統(tǒng)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(dǎo)致其他不利的影響。

　　在使用中,關(guān)鍵是電源管理電路關(guān)閉中間總線的能力。若某些失效導(dǎo)致系統(tǒng)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(yīng)是關(guān)斷電源。因此,設(shè)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(yīng)這些失效條件。

　　過溫保護

　　集中電源系統(tǒng),如多輸出AC-DC電源,具有內(nèi)部溫度傳感器、風(fēng)扇速度監(jiān)控器來保護內(nèi)部或外部熱失效。傳統(tǒng)的隔離DC-DC磚式轉(zhuǎn)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(xiàn)OTP。充分地測試這些產(chǎn)品來保證轉(zhuǎn)換器遭受永久損壞前輸出關(guān)閉。

　　相反,大多數(shù)niPOL轉(zhuǎn)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(guān)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(shè)計中,其電源軌與控制器可以是熱隔離的。

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

　　系統(tǒng)也可能有處理器、磁盤驅(qū)動和ASIC這樣的元件,它們對熱失效比電源轉(zhuǎn)換器更敏感。系統(tǒng)設(shè)計已有用于這些器件的熱監(jiān)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(tǒng)更多熱監(jiān)控,則可用小的低成本方案來實現(xiàn)?？梢园颜郎囟认禂?shù)(PTC)熱敏電阻放置在板上關(guān)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(shù)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(yīng)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(fā)生。

　　最有效的方案可以把已有的系統(tǒng)傳感器結(jié)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(fù)雜性最小。