手持設備中升壓DC/DC轉換器可靠性設計
發布時間：2010-8-4 12:27
發布者：lavida
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短路保護功能 電池作為手持設備中的電源，通常直接給升壓DC/DC轉換器供電。由于升壓DC/DC轉化器本身拓撲結構的缺陷，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),短路產生的大電流就有可能毀壞升壓轉化電路、電池、電感、肖特基二極管等電路元器件。一般的設計思路是在升壓電路前端設置一個保險絲，與升壓DC/DC轉換器共同組成升壓電路。為了節約電路元器件成本和電路版圖面積，德州儀器的升壓DC/DC轉換器TPS61080/1集成了一個MOS管。該MOS管可以取代傳統的保險絲，起到短路保護的功能。 TPS61080/1的結構框圖如圖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13ms，MOS管會被觸發而自動關閉，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：當轉換器關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]到轉換器啟動時，輸出電壓低于輸入電壓，所以該觸發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值時，隔離MOS管被觸發而自動關閉57ms。如果短路機制仍然存在，57ms后TPS61080/1會永久關閉。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品使用過程中很少起作用，但是在產品測試階段卻非常有用。很多升壓DC/DC轉換器會被用作白光LED燈的驅動，用于手持設備的屏幕背光源。在產品測試的某些階段，驅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，轉換器的輸出電容上的電壓就會持續上升，造成轉換器和輸出電容的損壞。 大部分升壓DC/DC轉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，轉換器會暫時關閉，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值，轉換器又會自動啟動。如果電路一直處于負載開路狀態，輸出電壓將呈現三角波形。這有利于手持設備產品測試時的監測。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，手持設備中的DC/DC轉化電路都采用集成MOS開關管的轉換器芯片。并且迷你型的潮流使得產品內部空間變得越來越小，相應的電路線路板設計也變得越來越緊湊，元器件的散熱也變得至關重要。為了保護自身，所有轉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換器啟動時產生的瞬間大電流。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。手持設備系統會實時監測電池電壓，當電壓低于工作額定電壓時，系統報警并關閉整個系統。在啟動階段，升壓DC/DC轉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，轉換器內部會有軟啟動機制，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運行。 相比其他升壓DC/DC轉換器，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的數據手冊。靈活的軟啟動功能使得TPS61080/1可以適應不同升壓電路的啟動要求。 上述在升壓DC/DC轉換器中的四種保護功能，能夠使得電源設計變得更加可靠，更加安全。 |
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