一種DC／DC轉換器的短路保護電路設計

作者：時間：2013-08-22 來源：網絡

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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://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。