智能电子保险丝
智能电子保险丝
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，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，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，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，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，上述电路均需要采用逻辑电平控制的p沟道mosfet，如果q1的导通电阻值较大且在其两端产生较大的压降（特别是低输出电压应用场合或负载离电源的距离较远时），则应该从q1漏极端反馈电压调节输出。设计电路时，必须最小化寄生参数同时仔细考虑电路布局。利用一个sot23封装的低电压模拟开关（max4544）可实现上述远端调节，该开关受控于max810l的输出，如图4所示。 ----根据max4544产品参数，其最低工作电压为2.7v。由于输入电压为3.3v，而肖特基的正向管压降为0.3v，因此即使该升压变换处于关闭模式，max4544（及max810）也处于工作状态。此时，max810输出高电平，max4544的公共端com与其常开端no（q1的源极）相连。当max668使能时，与max4544公共端相连的电阻网络为max668提供反馈电压。由于5v电压时max4544的导通电阻最大可达60ω，因此为了得到最小输出电压误差，反馈电阻的取值应该很大。由于3v工作电压时，max4544的导通电阻仅为120ω，因此开关max4544引入的误差电压很小，即使低输出电压也是如此。 ----当使能升压变换器，且其输出电压超过max810的复位门槛电平并经过复位延迟后，max810的输出将由高变低，使q1导通，连通负载。同时，max810输出的低电平使max4544的com端与nc端（常闭端）接通，使得反馈电阻由q1的源极切换至q1的漏极，从而允许从远离变换器的负载端对输出电压进行调节。 ----上述max4544的开关过程也把max810的输入端从q1的源极切换到q1的漏极，这样一来，max810可以用来监测负载是否过载。
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----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，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，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，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，上述电路均需要采用逻辑电平控制的p沟道mosfet，如果q1的导通电阻值较大且在其两端产生较大的压降（特别是低输出电压应用场合或负载离电源的距离较远时），则应该从q1漏极端反馈电压调节输出。设计电路时，必须最小化寄生参数同时仔细考虑电路布局。利用一个sot23封装的低电压模拟开关（max4544）可实现上述远端调节，该开关受控于max810l的输出，如图4所示。 ----根据max4544产品参数，其最低工作电压为2.7v。由于输入电压为3.3v，而肖特基的正向管压降为0.3v，因此即使该升压变换处于关闭模式，max4544（及max810）也处于工作状态。此时，max810输出高电平，max4544的公共端com与其常开端no（q1的源极）相连。当max668使能时，与max4544公共端相连的电阻网络为max668提供反馈电压。由于5v电压时max4544的导通电阻最大可达60ω，因此为了得到最小输出电压误差，反馈电阻的取值应该很大。由于3v工作电压时，max4544的导通电阻仅为120ω，因此开关max4544引入的误差电压很小，即使低输出电压也是如此。 ----当使能升压变换器，且其输出电压超过max810的复位门槛电平并经过复位延迟后，max810的输出将由高变低，使q1导通，连通负载。同时，max810输出的低电平使max4544的com端与nc端（常闭端）接通，使得反馈电阻由q1的源极切换至q1的漏极，从而允许从远离变换器的负载端对输出电压进行调节。 ----上述max4544的开关过程也把max810的输入端从q1的源极切换到q1的漏极，这样一来，max810可以用来监测负载是否过载。
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