保護(hù)升壓負(fù)載及其電源.doc

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1、保護(hù)升壓負(fù)載及其電源　　介于工程師對電源保護(hù)要求的重視，升壓轉(zhuǎn)換級可通過在本地負(fù)載上獲得的高壓來提供系統(tǒng)優(yōu)勢?！　≥敵龆搪饭收?、過載條件、其它故障條件、以及啟動時的高電容會嚴(yán)重增加輸入電源負(fù)擔(dān)，或者使輸入電源出現(xiàn)故障，以及損壞負(fù)載。負(fù)載本身的要求十分苛刻，甚至需要比主輸入電源提供的電壓還要高的電壓。這些條件和要求導(dǎo)致輸入電源過度設(shè)計或負(fù)擔(dān)過重，特別是在需要升壓負(fù)載時更是如此。升壓轉(zhuǎn)換器是針對更高電壓負(fù)載的常見選擇，它的問題在于本身無法為下游電路提供系統(tǒng)保護(hù)。這是輸入到輸出的固有導(dǎo)通路徑造成的；這條路徑進(jìn)一步增加了主電源的負(fù)

2、擔(dān)，并且降低了系統(tǒng)可靠性，特別是在故障或過載條件下。　　例如，在低壓電池供電系統(tǒng)中，負(fù)載所要求的電壓可以高于主電源所能提供的電壓。通過電纜提供固定總線電源的工業(yè)系統(tǒng)和具有高效功率放大器的通信系統(tǒng)經(jīng)常需要由一個寬輸入范圍DC/DC穩(wěn)壓器提供升壓電壓?！　∫粋€升壓電源具有某些系統(tǒng)優(yōu)勢。在具有較大配線線束的系統(tǒng)中，高壓減少了傳送總電源所需的線規(guī)。汽車行業(yè)已經(jīng)通過深入研究48V電池來分析昂貴、笨重電纜線路所帶來的問題。RF發(fā)射器等具有高功率放大器的系統(tǒng)從全新晶體管的高電源電壓供電運行中找到了提高效率、增加輸出功率密度的方法。某些任

3、務(wù)關(guān)鍵系統(tǒng)需要通過電容儲能來儲備電能，這就需要在更高的電壓下具有更少的電容值（E=1/2*C*V2）。一個升壓維持電路可實現(xiàn)更小的解決方案尺寸?！　　　∪绻麤]有將升壓轉(zhuǎn)換器的本身限制考慮在內(nèi)的話，就會降低系統(tǒng)可靠性，并增加系統(tǒng)成本，從而導(dǎo)致系統(tǒng)中其它部分的過度設(shè)計。一個升壓電路本身具有從輸入到輸出的導(dǎo)通路徑（圖1）。即使當(dāng)轉(zhuǎn)換器關(guān)閉時，電流也可以通過升壓二極管或同步功率FET體二極管流到輸出端。　?。╝）非同步升壓　　　　（b）同步升壓　　如果是重電容負(fù)載，主電源或電池必須能夠耐受涌入電流造成的負(fù)擔(dān)，這是因為升壓轉(zhuǎn)換器不提

4、供任何的負(fù)載隔離?！　≡跊]有單獨的電流限流機制時，會導(dǎo)致主電源超出要求。在報警系統(tǒng)等需要備用電池的系統(tǒng)中，未受控制的電流消耗會影響電池可靠性，或者需要更大容量的電池。甚至是已經(jīng)預(yù)料到的重負(fù)栽條件也會導(dǎo)致受限電源（比如說一塊電池）供電能力下降；下降的程度足以使其它系統(tǒng)電壓軌上的電路臨時斷電，并會產(chǎn)生意外的系統(tǒng)重啟。在沒有涌入限制或協(xié)同加電排序的情況下，電源總線會根據(jù)最大電源電流能力，來限制可允許的模塊數(shù)量?！　≈T如過載時發(fā)生的電機堵轉(zhuǎn)等故障負(fù)載會汲取大電流。噴射器中使用的螺線管是另外一個會出現(xiàn)短路故障的負(fù)載示例。電機的可插拔

5、模塊也許需要一個升壓電壓軌（由主系統(tǒng)提供）在可拆卸組裝中節(jié)省空間和成本，但也會在熱插拔期間從主電源汲取過多的電流。未受保護(hù)的升壓轉(zhuǎn)換器未配備減輕這些風(fēng)險的設(shè)備；它只是將負(fù)擔(dān)加到了電源上。設(shè)計人員經(jīng)常通過主電源的過度設(shè)計，或者過度使用來解決這個問題，不過某些簡單的限制和保護(hù)技術(shù)可以節(jié)省系統(tǒng)成本，并增加可靠性，即使在升壓負(fù)載已出現(xiàn)故障時也是如此?！　　　”Ｗo(hù)方法　　　　最簡單的限流系統(tǒng)配置是采用一個負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻（圖2）。借助冷卻時的高阻抗，初始時，NTC在啟動期間限制涌入電流。隨著自身功率耗散產(chǎn)生的自發(fā)熱不斷增

6、加，阻抗減少，從而使更多的電流流過。這個方法的優(yōu)勢在于其簡單性，以及提供低成本保護(hù)解決方案。　　然而在惡劣環(huán)境中實施這一系統(tǒng)配置時，劣勢就會顯現(xiàn)出來。在諸如汽車引擎艙等溫度大幅變化的環(huán)境中，環(huán)境溫度會變得很高，這會降低NTC的初始阻抗，如果不精心管理整個環(huán)境工作條件的話，會產(chǎn)生過多的涌入電流。如果出現(xiàn)重新啟動的情況，NTC器件也許不會在下次加電之前冷卻。輸出電容也許完全放電，不過由于較慢的散熱速度，NTC對于涌入電流的限制功能降到最低點。此外，如果出現(xiàn)負(fù)載短路故障，NTC將不再能夠限制比所選標(biāo)稱運行條件下的電源電流更高的電

7、流。最后，NTC方法對于單一功能保護(hù)是有效的，不過它作為無源組件時功會受到限制?！　　　D3.使用熱插拔的有源涌入電流限制　　現(xiàn)在讓我們來看看MOSFET等有源限制器件：它需要一個類似于涌入限制控制器的控制電路，這個控制器也被稱為熱插拔控制器或電子熔絲。雖然這是一個位于控制器之前的額外集成電路（IC），很多諸如此類的控制器（圖3）特有可編程涌入限制功能，在確保MOSFET保持在安全工作區(qū)（SOA）內(nèi)的同時，用一個電流和電壓控制環(huán)路來控制涌入率。SOA通過監(jiān)視保持關(guān)鍵保護(hù)器件的長期可靠性。此外，涌入控制器可能具有兩個電流閥值

8、：一個針對標(biāo)準(zhǔn)涌入限制，第二個針對嚴(yán)重的過流情況執(zhí)行斷路器功能。這個實現(xiàn)方式的顯著優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)高級保護(hù)特性；然而，這個解決方案的成本和復(fù)雜程度通常會大于無源方法?！　〉谌齻€保護(hù)選項是具有集成涌入限制的升壓控制器。由于升壓的高端元件（續(xù)流二極管或同步MOSFET）不能反向，這個方法仍然需要一個額外的M