今天給大家分享的是：升壓轉(zhuǎn)換器短路保護(hù)方法。

一、升壓轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介

升壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生高于輸入電壓的輸出電壓，升壓轉(zhuǎn)換器的示例包括：

• 在鋰電池組中產(chǎn)生5V充電端口

• 生產(chǎn)智能手機(jī)中的電源軌

• 驅(qū)動(dòng)LED或者手電筒中的串聯(lián)LED

• 基于Arduino 的項(xiàng)目中的電壓調(diào)節(jié)器

• 利用單節(jié)鋰電池產(chǎn)生高電壓來(lái)運(yùn)行電機(jī)。

下圖為升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖，由電容、電感、MOS 管和二極管構(gòu)成的簡(jiǎn)單電路。通過(guò)控制占空比或者M(jìn)OS管導(dǎo)通的時(shí)間百分比，通過(guò)閉合反饋環(huán)路來(lái)控制輸出。

傳遞函數(shù)或者輸入電壓與輸入電壓之間的比率為Vout/Vin = 1/(1-D)。

其中 Vout 是輸出電壓，Vin是輸入電壓，D是占空比。真正的升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)有一個(gè)PWM控制器芯片，但在下圖中沒(méi)有明確顯示。

升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖

這里必須要注意，如果升壓轉(zhuǎn)換器的輸出端短路接地，則輸入電壓會(huì)通過(guò)電感和二極管短路接地，除了導(dǎo)線電阻和附加到輸入電壓的電源電流限制之外，沒(méi)有其他因素限制流過(guò)的電流。

如果不采取措施保護(hù)升壓轉(zhuǎn)換器，就有可能會(huì)出現(xiàn)故障，并導(dǎo)致二極管、電感走線著火、熔化或者出現(xiàn)其他類(lèi)型的災(zāi)難性故障。

二、一般保護(hù)策略

這里說(shuō)的關(guān)于保護(hù)策略是在電源和升壓轉(zhuǎn)換器之間引入一個(gè)開(kāi)關(guān)，用于在發(fā)生短路負(fù)載情況時(shí)將升壓轉(zhuǎn)換器與電源斷開(kāi)。

該開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)為MOS管、負(fù)載開(kāi)關(guān)、具有內(nèi)置保護(hù)開(kāi)關(guān)的升壓轉(zhuǎn)換器集成電路或者保險(xiǎn)絲。

三、使用MOS管進(jìn)行保護(hù)

添加到升壓轉(zhuǎn)換器前端的 MOS 可用于斷開(kāi)電源和升壓轉(zhuǎn)換器的連接。簡(jiǎn)化的原理圖可以看下面 2 個(gè)圖。

1、N 溝道 MOS 管

MOS管可能需要額外的電路來(lái)偏置柵極。N 溝道MOS管要求其柵極電壓高于其源極端子。這可能需要柵極驅(qū)動(dòng)器IC或者電荷泵。

升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖，在電源和升壓轉(zhuǎn)換器輸入之間具有一個(gè)用于短路保護(hù)的 n 溝道 MOSFET

2、P 溝道 MOS 管

P 溝道MOS管要求將柵極拉至其源極端子以下，如果輸入電壓足夠高，P溝道MOS管的柵極可以打開(kāi)MOS管。

升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖，在電源和升壓轉(zhuǎn)換器輸入之間具有用于短路保護(hù)的 p 溝道 MOSFET

因此使用 P溝道MOS管可能是最簡(jiǎn)單和最容易的選擇。

請(qǐng)注意，在兩個(gè)原理圖中，NOS管體二極管都從升壓轉(zhuǎn)換器指向電源，因此除非MOS管導(dǎo)通，否則電流會(huì)被阻斷。為此應(yīng)用MOS時(shí)，漏源電壓額定值、RDS（ON）和柵極電壓閾值是需要考慮的重要數(shù)據(jù)。

漏源電壓額定值應(yīng)比最大輸入電壓高幾個(gè)電壓。通態(tài)電阻應(yīng)該足夠低，不會(huì)產(chǎn)生許多損失。

柵極閾值電壓應(yīng)該足夠低，這樣的話可以方便MOS管輕松開(kāi)啟和關(guān)閉。

四、使用負(fù)載開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)

負(fù)載開(kāi)關(guān)是集成附加電路的功率MOS管，其功能可能包括偏置MOS柵極的電荷泵和電平轉(zhuǎn)換器。以及在電流過(guò)大時(shí)關(guān)閉開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)功能。

與使用 MOS 相比，使用負(fù)載開(kāi)關(guān)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 減少 BOM 數(shù)量

• 減少PCB占地面積

• 降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，因此不需要添加額外的控制電路。

升壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖，其輸入端帶有用于短路保護(hù)的負(fù)載開(kāi)關(guān)。

五、具有內(nèi)置保護(hù)的升壓轉(zhuǎn)換器控制器

實(shí)用的升壓轉(zhuǎn)換器由調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換的集成電路控制，其中一些升壓轉(zhuǎn)換器控制電路具有內(nèi)置保護(hù)機(jī)制，例如負(fù)載開(kāi)關(guān)，使用具有內(nèi)置保護(hù)功能的控制器可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減少BOM數(shù)量并減少PCB占地面積。具有保護(hù)功能的升壓轉(zhuǎn)換器IC的包括： LM4510 和 TPS61080。

具有內(nèi)置保護(hù)的升壓轉(zhuǎn)換器IC的簡(jiǎn)化示例

六、保險(xiǎn)絲保護(hù)

可以在升壓轉(zhuǎn)換器的輸入或者輸出上放置保險(xiǎn)絲，以防止出現(xiàn)短路負(fù)載情況。有關(guān)如何完成操作的示例，請(qǐng)看下圖。

升壓轉(zhuǎn)換器輸入或輸出上的保險(xiǎn)絲保護(hù)。請(qǐng)注意，負(fù)載開(kāi)關(guān)和 MOSFET 保護(hù)電路也可以放置在升壓轉(zhuǎn)換器輸出和負(fù)載之間，如圖所示的熔斷器保護(hù)電路。

這里還是建議使用上面的其他辦法，因?yàn)閹ПｋU(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)比較麻煩。如果發(fā)生短路，保險(xiǎn)絲將熔斷并必須更換。如果轉(zhuǎn)換器正常工作，使用額外保護(hù)MOS關(guān)、負(fù)載開(kāi)關(guān)或者集成保護(hù)電路構(gòu)建的電路將不需要更換任何組件。

這樣的話可以節(jié)省更換燒毀保險(xiǎn)絲的時(shí)間和錢(qián)。