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智能电子保险丝

2007.02.13阅读 1797

       对于大多数采用电感的非同步整流升压型开关变换器,其输入和输出之间都存在一条直流通路,如图1所示。该通路的存在会造成两种不良后果:其一,一旦输出短路或严重过载时间超出几百毫秒将导致二极管(通常为肖特基二极管)过热损坏;其二,当由于某种原因,比如人为关闭,使开关振荡电路停止工作,负载端仍然有电压存在,只是比输入端低一个二极管的管压降而已,这时输出仍会消耗能量。除此之外,如果该残存电压低于负载稳态工作电压范围控制工程网版权所有,将使电路处于不确定状态。 
       ----对于输出电流相对较小的应用场合(小于5A),利用单片电流模式控制器和高端电流取样技术,上述两个问题都可以很好地解决。在这些电路中,二极管被一同步整流开关三极管取代,因此通过关闭内部开关三极管就可把输入输出通路截断,这样一来,负载端对输入端来说就呈高阻状态,而这正是所希望的结果。在正常工作状态,电路内部的高端取样电阻对负载电流周期性地进行采样,因此避免了因过流导致灾难性后果出现。因此控制工程网版权所有,内部过热保护

电路为变换器提供了安全工作区(SAO)。 
       ----图2介绍了一种简单的方案,其中MAX668是一个开关控制器,由它完成升压功能。电流反馈型升压控制器(MAX668)驱动低端逻辑电平N沟道增强型MOSFET,该开关管通过低端电流取样电阻到地。高端开关是一肖特基二极管CONTROL ENGINEERING China版权所有,选择它主要是它具有低的正向导通压降。由图可见,升压变换器的拓扑基本结构未被破坏。本应用中,MAX668把3.3V电压变为5V,负载电流可达3A。 
       ----其中P沟道增强型MOSFET——Q1是实现负载断路的关键元件。当MAX668在关闭模式时,二极管D1仍然导通,使得MAX810L的电源端的电压为3.3V减去二极管D1的管压降。由于MAX810L的复位门槛电平为4.65V,因此其RESET端输出为高电平,迫使Q1关断,从而使负载与输入电源断开。MAX668通过外部反馈电阻网络设定5V输出电压。当输出电压超过MAX810L的复位门槛电平时CONTROL ENGINEERING China版权所有,其内部单稳电路开始工作并延时约240ms。之后,MAX810L的输出变低,使Q1导通。 
       ----Q1导通之后,MAX810L一直监测输出电压以确定输出是否过流。过载将会导致输出电压下降,当它低于MAX810L门槛电平时,MAX810L的输出经过20μs的延迟后由高变低,从而关断Q1并使负载断开。由于MAX668的升压作用,MAX810电源端电压又会高于其门槛电平,240ms的复位延迟时间后,MAX810L输出再次由高变低,开通Q1并自动再次连通负载。上述过程会一直周期性重复下去,除非移去多余负载或将MAX668关闭使其停止工作。因此MAX810L和开关Q1一起构成了一个固态开关(电子保险丝)。 
       ----MAX810L(微功耗器件)具有非平衡推挽输出级。当对外输出电流时,它等效于一个6kΩ电阻;当从外汲取电流时,它等效于一个125Ω的电阻。当导通或关断Q1时,由于MAX810L的电阻阻止了Q1的密勒电容和栅源电容快速充放电,因此使开关瞬态过程得以减慢。假定Q1总的等效电容为5000pF时,则MAX810汲取电流时(等效于125Ω电阻)大电流三极管的RC电路的时间常数约为0.6μs。整个导通过程电压瞬态响应时间大约为10RC=6μs。完全关断同样开关Q1的时间大约是完全导通时间的48倍。 
       ----当外部负载或C2在启动瞬间要汲取较大电流时,快速导通Q1可能使MAX810输入电压低于其复位门槛电压从而导致复位出现,因此在图2基础上再增加一RC网络以减缓其开通过程(如图3所示)。合适地选择R、C可使负载连接过程延续到几个MAX668开关工作周期,使MAX668的输出电压一直高于MAX810的复位门槛电压。假如R、C使Q1的导通时间延长,同时也延长了关断时间,这是不希望出现的结果。因此需要在电阻上并联一肖特基二极管,以加速当负载过载时关闭Q1的进程。 
       ----为了获得增强型通道及较低的导通电阻控制工程网版权所有,上述电路均需要采用逻辑电平控制的P沟道MOSFET,






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