如何保护升压负载及其电源

行断路器功能。这个实现方式的显著优势就是可以实现高级保护特性；然而，这个解决方案的成本和复杂程度通常会大于无源方法。

　　第三个保护选项是具有集成涌入限制的升压控制器。由于升压的高端元件（续流二极管或同步MOSFET）不能反向，这个方法仍然需要一个额外的MOSFET作为保护器件。然而，如图4所示，与热插拔控制器方法相比，将升压和保护控制集成在一个IC中有助于减少解决方案复杂度和尺寸，同时又提供了很多额外的保护特性。

　　图4. 支持集成涌入电流限制的升压控制器。

　　为最差情况选择一个MOSFET

　　任何一个限制方法都需要缜密设计，以确保方案的稳健耐用，特别是要注意耗电器件。在使用MOSFET时，请确保将器件的安全工作区考虑在内。设定电流只是其中一个需要考虑的参数。在选择MOSFET时，峰值关断电压（漏/源电压），以及MOSFET将处于极端条件组合之中的时间长度等因素都需要考虑在内。

　　根据系统设计要求的不同，用下方的方程式，通过计算这些情况下（涌入、输出短路和突然电路断开）保护器件上的峰值能量，来帮助选择一个具有足够能量的MOSFET。

　　针对涌入注意事项的充电电能为：

　　在这里：

　　EINRUSH = 以J为单位的输出电容器充电电能。

　　COUT = 以F为单位的最大输出电容值。

　　VINMAX = 以V为单位的最大输入电源电压。

　　虽然输出电容器充电电流的最差情况在最初看起来与短路情况相类似，在MOSFET上真正的短路故障条件会更加严格。MOSFET必须能够耐受的短路能量取决于：

　　在这里：

　　ESHORT = 以J为单位的短路保护能量。

　　IINRUSH（TH） = 以A为单位的涌入电流限制阀值。

　　tDELAY = 以秒为单位的延迟时间。

　　所选的保护控制器也许具有一个故障安全断路器电流阀值，一触发立即断开输入。针对断路器的电能计算与短路情况相似，不过具有一个由保护控制器（如果有的话）设定的不同电流阀值。MOSFET最差情况可耐受电能由控制器的响应或延迟时间计算得出。

　　在这里：

　　ECIRCUIT_BREAKER = 以J为单位的断路器保护能量。

　　ICIRCUIT_BREAKER（TH） = 以A为单位的断路器阀值电流。

　　需牢记的一点是，用MOSFET来实现保护功能可实现对于涌入或故障条件的快速响应，并且应该在MOSFET的输出端上执行适当的电压缓冲，以确保用于保护功能的器件不会对下游电路产生负面影响。在使用升压电路时，保护器件之后的第一个直插组件就是主电感器。一个续流二极管可以管理保护MOSFET与电感器之间的任何电压振铃。它只在保护开关快速关闭时才导电，特别是在断路器位于电感器左侧时更是如此（图5）。

　　图5. 输入电压瞬变抑制电路。

　　其它保护特性

　　重试定时器也许是你在选择一款保护控制器时会考虑的另外一个特性，这一保护特性也被称为断续模式。如果设备经历了时断时续的过流故障，在无需整个系统重新启动的情况下，自动重试也许对系统更加有利。断续模式使得保护控制器能够打开MOSFET，并且在一段特定的时间内等待故障被解决，然后通过启动涌入控制序列来重试。如果故障依然存在，一个控制器也许会无限次地重试，或者在一定数量的重试后锁存。

　　将MOSFET用作保护器件的第二个优点在于实现了一个原始的输入过压保护电路 （/）。通过在MOSFET的栅极上连接一个适当选择的齐纳二极管，FET的栅源电压被二极管箝制，这使得MOFET随着电源电压的增加被拉回到电阻运行。二极管的击穿电压设定了有效的输出电压钳位值。MOSFET在电阻区内运行为线性稳压器，不过有一点需要注意，那就是所允许的最大箝位时间受到MOSFET属性的限制。

　　参考文献

　　1. 下载数据表：LM5121， LM5069

　　2. 用宽VIN LM5121设计故障保护电路，应用报告 （SNVA726），德州仪器 （TI），2015年1月

　　3. 具有低静态电流的LM5060高侧保护电路 （SNVS628），德州仪器 （TI），2013年4月

　　4. CSD19536KCS 100V N沟道NEXTFETTM 功率MOSFET （SLPS485），德州仪器 （TI），2014年10月

　　5. 稳健耐用的热插拔设计，应用报告 （SLVA673），德州仪器 （TI），2014年11月

　　6. 用于高效功率放大器的GaN器件，T. Kikkawa等，富士通科学与技术期刊，第48卷，第1期，2012年1月

　　7. 升级板上12V电源将为48V电力供应铺路，Frost&Sullivan，2012年6月

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　　作者：德州仪器 （TI）， Daniel Braunworth， Eric Lee