DC/DC 开关稳压器的基础

只看该作者 · 2019-3-15 16:51

DC/DC 开关稳压器的基础

DC/DC转换器除了理所当然向电路供给电源外，确保电路安全也很重要。近年，DC/DC转换器用的IC几乎都搭载了被认为必备的保护功能。有些保护功能可以由用户调整阈值等支持各种条件。此外，电源电路要支持使用CPU或FPGA等的复合电源的装置对电源接入的顺序和时序需求。为此，具备可编程功能的电源IC。虽然外置电路也可以实现IC所搭载的保护功能或可编程功能，但其设计比电源IC要复杂得多，且需要增加许多零件，并不可行。在这里，介绍代表性保护功能和可编程功能的概述。

保护功能：热关断
热关断是IC的结温达最大额定，就是Tj max的前后时关断电路工作的构造。工作的结温因IC而异，大多被设定在Tj max的前后。关断后的工作模式有自动恢复型和闭锁型2种。

自动恢复型当温度上升至所设定的阈值时关断，温度开始下降至设定值时则IC的工作将自动恢复。闭锁型即使温度下降IC的工作也会处于关断。要使IC再次工作必须重新输入IC的电源。

此两种的关断后的工作模式须在考虑应用的安全设计后选择使用。另外，ROHM的IC由于Tjmax是150℃，所以再加25℃的175℃大多会热关断。重要的确认事项是，热关断功能是为了防止损害时IC本身冒烟或出火的功能，不是保护供电基板或设备的功能。

保护功能：防止低电压误动作
防止低电压误动作功能（Under Voltage LockOut）大多取英文头字称为UVLO。当输入电压在IC的输入电压范围以下时，IC会停止输出来保护本身的输出晶体管或负载。当输入电压在IC的工作电压以下时，电路将产生无法预料的工作，在送出异常输出前强制停止电路工作。几乎所有电源IC都搭载UVLO以防止无法预料的故障。

图53

保护功能：过电流保护
过电流保护是在输出电流高于阈值时限制输出电流来防止IC或负载烧毁的功能。如果监控线圈电流后检测超过限制值时，则通过缩短上侧开关的ON时间降低输出来限制电流。虽然过电流状态持续时IC会继续限制电流，不过请记住，限制值的电流，也就是过电流仍会继续流向负载。电流值恢复正常时，IC也会恢复正常工作。

图54

保护功能：短路保护
短路保护大多与过流保护搭配使用，因此有些IC干脆不加以区分而作为过流保护的功能。前述过电流如果进一步变多的话，保护电路将进一步降低输出电压。当处于规定电压以下的状态到达某时间以上时，保护电路将停止开关工作变为零。此保护功能也有自动恢复型和闭锁型，自动恢复型在数百毫秒后会再度开始开关使电压输出。此时，如果过电流原因被排除且过电流不流动的话则为正常工作，如果再度进入过电流状态的话输出将反复ON/OFF。闭锁型将使输出保持在零状态，直到重新输入IC电源才会恢复。这也和热关断一样，必须在考虑应用的安全设计后选择使用。

保护功能：过电压保护
电源线有可能因某些原因短路使大电流流动后再度恢复时输出电压瞬间过冲，尤其是CPU等IC由于工作电压和绝对最大额定的幅度小，故有可能会因过冲的过电压而破坏IC。过电压保护将监控输出电压，如果检测出规定值以上的电压时会将上侧开关设为OFF并停止功率供给。但是，如果只是停止功率供给的话，电感所蓄积的电荷将被放出而使电压持续上升，因此将下侧开关设为ON后将电感的电荷释放至GND，防止输出上升。