開關(guān)穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)-保護(hù)功能/可編程功能

DC/DC轉(zhuǎn)換器除了理所當(dāng)然向電路供給電源外，確保電路安全也很重要。近年，DC/DC轉(zhuǎn)換器用的IC幾乎都搭載了被認(rèn)為必備的保護(hù)功能。有些保護(hù)功能可以由用戶調(diào)整閾值等支持各種條件。此外，電源電路要支持使用CPU或FPGA等的復(fù)合電源的裝置對電源接入的順序和時序需求。為此，具備可編程功能的電源IC。雖然外置電路也可以實現(xiàn)IC所搭載的保護(hù)功能或可編程功能，但其設(shè)計比電源IC要復(fù)雜得多，且需要增加許多零件，并不可行。在這里，介紹代表性保護(hù)功能和可編程功能的概述。

保護(hù)功能：熱關(guān)斷
熱關(guān)斷是IC的結(jié)溫達(dá)最大額定，就是Tj max的前后時關(guān)斷電路工作的構(gòu)造。工作的結(jié)溫因IC而異，大多被設(shè)定在Tj max的前后。關(guān)斷后的工作模式有自動恢復(fù)型和閉鎖型2種。

圖51

自動恢復(fù)型當(dāng)溫度上升至所設(shè)定的閾值時關(guān)斷，溫度開始下降至設(shè)定值時則IC的工作將自動恢復(fù)。閉鎖型即使溫度下降IC的工作也會處于關(guān)斷。要使IC再次工作必須重新輸入IC的電源。

此兩種的關(guān)斷后的工作模式須在考慮應(yīng)用的安全設(shè)計后選擇使用。另外，ROHM的IC由于Tjmax是150℃，所以再加25℃的175℃大多會熱關(guān)斷。重要的確認(rèn)事項是，熱關(guān)斷功能是為了防止損害時IC本身冒煙或出火的功能，不是保護(hù)供電基板或設(shè)備的功能。

保護(hù)功能：防止低電壓誤動作
防止低電壓誤動作功能（Under Voltage LockOut）大多取英文頭字稱為UVLO。當(dāng)輸入電壓在IC的輸入電壓范圍以下時，IC會停止輸出來保護(hù)本身的輸出晶體管或負(fù)載。當(dāng)輸入電壓在IC的工作電壓以下時，電路將產(chǎn)生無法預(yù)料的工作，在送出異常輸出前強(qiáng)制停止電路工作。幾乎所有電源IC都搭載UVLO以防止無法預(yù)料的故障。

圖52

保護(hù)功能：過電流保護(hù)
過電流保護(hù)是在輸出電流高于閾值時限制輸出電流來防止IC或負(fù)載燒毀的功能。如果監(jiān)控線圈電流后檢測超過限制值時，則通過縮短上側(cè)開關(guān)的ON時間降低輸出來限制電流。雖然過電流狀態(tài)持續(xù)時IC會繼續(xù)限制電流，不過請記住，限制值的電流，也就是過電流仍會繼續(xù)流向負(fù)載。電流值恢復(fù)正常時，IC也會恢復(fù)正常工作。

圖53

圖54

保護(hù)功能：短路保護(hù)
短路保護(hù)大多與過流保護(hù)搭配使用，因此有些IC干脆不加以區(qū)分而作為過流保護(hù)的功能。前述過電流如果進(jìn)一步變多的話，保護(hù)電路將進(jìn)一步降低輸出電壓。當(dāng)處于規(guī)定電壓以下的狀態(tài)到達(dá)某時間以上時，保護(hù)電路將停止開關(guān)工作變?yōu)榱恪４吮Ｗo(hù)功能也有自動恢復(fù)型和閉鎖型，自動恢復(fù)型在數(shù)百毫秒后會再度開始開關(guān)使電壓輸出。此時，如果過電流原因被排除且過電流不流動的話則為正常工作，如果再度進(jìn)入過電流狀態(tài)的話輸出將反復(fù)ON/OFF。閉鎖型將使輸出保持在零狀態(tài)，直到重新輸入IC電源才會恢復(fù)。這也和熱關(guān)斷一樣，必須在考慮應(yīng)用的安全設(shè)計后選擇使用。

保護(hù)功能：過電壓保護(hù)
電源線有可能因某些原因短路使大電流流動后再度恢復(fù)時輸出電壓瞬間過沖，尤其是CPU等IC由于工作電壓和絕對最大額定的幅度小，故有可能會因過沖的過電壓而破壞IC。過電壓保護(hù)將監(jiān)控輸出電壓，如果檢測出規(guī)定值以上的電壓時會將上側(cè)開關(guān)設(shè)為OFF并停止功率供給。但是，如果只是停止功率供給的話，電感所蓄積的電荷將被放出而使電壓持續(xù)上升，因此將下側(cè)開關(guān)設(shè)為ON后將電感的電荷釋放至GND，防止輸出上升。

圖55

可編程功能：關(guān)斷
關(guān)斷功能是指將IC控制部的工作設(shè)為ON/OFF。當(dāng)電路不需要功率時，而且為POL（Point Of Load：基板上只有一部電路或裝置的電源）的話，通過與負(fù)載的要求連動進(jìn)行關(guān)機(jī)，將有助于削減功耗或待機(jī)功率。

圖56

可編程功能：軟啟動
軟啟動是為了防止啟動時的浪涌電流而讓輸出電壓的啟動擁有時間常量使其上升的功能。必須注意的是，當(dāng)浪涌電流產(chǎn)生時IC的過流保護(hù)會工作，有時會發(fā)生電源不啟動（過熱閉鎖狀態(tài)）的問題。軟啟動的時間常量分IC內(nèi)部固定型和備有調(diào)整引腳可通過外置電容器設(shè)定的類型。

可編程功能：電源正常輸出
電源正常是指當(dāng)輸出到達(dá)所設(shè)定的電壓值時釋出Flag的功能通過通知CPU電源啟動沒有問題，或與使能功能組合來排序多個電源的啟動。圖57是使用電源正常和使能讓電源按照從電源1到電源3順序啟動的時序結(jié)構(gòu)例。

圖57

圖58

可編程功能：跟蹤
跟蹤是可以設(shè)定多個電源啟動順序和時序的功能。通過使多個電源輸出依據(jù)所要求的順序啟動，可確保電路或裝置的安全。跟蹤有同時跟蹤、比例跟蹤、偏置跟蹤3種。

圖59

同時跟蹤是指所有電源同時為ON并以相同斜率啟動，從低電壓的電源依據(jù)順序到達(dá)設(shè)定電壓。這有助于以FPGA等啟動低電壓內(nèi)核電源后，啟動外圍I/O電源的應(yīng)用。

比例跟蹤（Ratiometric）是指以各自不同的斜率啟動。這是調(diào)整斜率不讓浪涌電流大量流入各電源線去耦電容器的方法。

偏置跟蹤是指邊啟動邊維持各電源間偏置電壓（電壓差）的固定。該方法對有規(guī)定電源電壓間差距的裝置有效。

一般來說，要進(jìn)行這些控制須使用可編程控制器IC或跟蹤控制器IC。有些電源IC內(nèi)置跟蹤功能，可利用主動電源的輸出電壓來控制從動。

圖60：使用可編程控制器IC控制例

圖61：內(nèi)置跟蹤功能使用例

審核編輯：湯梓紅