升压转换器短路保护电路图讲解 升压转换器短路保护方法总结

今天给大家分享的是：升压转换器短路保护方法。

一、升压转换器简介

升压转换器产生高于输入电压的输出电压，升压转换器的示例包括：

在锂电池组中产生5V充电端口

生产智能手机中的电源轨

驱动LED或者手电筒中的串联LED

基于Arduino 的项目中的电压调节器

利用单节锂电池产生高电压来运行电机。

下图为 升压转换器的简化原理图 ，由 电容 、 电感 、MOS 管和二极管构成的简单电路。通过控制占空比或者MOS管导通的时间百分比，通过闭合反馈环路来控制输出。

传递函数或者输入电压与输入电压之间的比率为Vout/Vin = 1/(1-D)。

其中 Vout 是输出电压，Vin是输入电压，D是占空比。真正的升压转换器会有一个PWM控制器芯片，但在下图中没有明确显示。

升压转换器的简化原理图

这里必须要注意，如果升压转换器的输出端短路接地，则输入电压会通过电感和二极管短路接地，除了导线电阻和附加到输入电压的电源电流限制之外，没有其他因素限制流过的电流。

如果不采取措施保护升压转换器，就有可能会出现故障，并导致二极管、电感走线着火、熔化或者出现其他类型的灾难性故障。

二、一般保护策略

这里说的关于保护策略是在电源和升压转换器之间引入一个开关，用于在发生短路负载情况时将升压转换器与电源断开。

该开关可以实现为MOS管、负载开关、具有内置保护开关的升压转换器集成电路或者保险丝。

三、使用MOS管进行保护

添加到升压转换器前端的 MOS 可用于断开电源和升压转换器的连接。简化的原理图可以看下面 2 个图。

1、N 沟道 MOS 管

MOS管可能需要额外的电路来偏置栅极。N 沟道MOS管要求其栅极电压高于其源极端子。这可能需要栅极驱动器IC或者电荷泵。

升压转换器的简化原理图，在电源和升压转换器输入之间具有一个用于短路保护的 n 沟道 MOSFET

2、P 沟道 MOS 管

P 沟道MOS管要求将栅极拉至其源极端子以下，如果输入电压足够高，P沟道MOS管的栅极可以打开MOS管。

升压转换器的简化原理图，在电源和升压转换器输入之间具有用于短路保护的 p 沟道 MOSFET

因此使用 P沟道MOS管可能是最简单和最容易的选择。

请注意，在两个原理图中，NOS管体二极管都从升压转换器指向电源，因此除非MOS管导通，否则电流会被阻断。为此应用MOS时，漏源电压额定值、RDS（ON）和栅极电压阈值是需要考虑的重要数据。

漏源电压额定值应比最大输入电压高几个电压。通态电阻应该足够低，不会产生许多损失。

栅极阈值电压应该足够低 ，这样的话可以方便MOS管轻松开启和关闭。

四、使用负载开关进行保护

负载开关是集成附加电路的功率MOS管，其功能可能包括偏置MOS栅极的电荷泵和电平转换器。以及在电流过大时关闭开关的过流保护功能。

与使用 MOS 相比，使用负载开关具有以下优点 ：

减少 BOM 数量

减少PCB占地面积

降低设计的复杂性，因此不需要添加额外的控制电路。

升压转换器的简化原理图，其输入端带有用于短路保护的负载开关。

五、具有内置保护的升压转换器控制器

实用的升压转换器由调节功率转换的集成电路控制，其中一些升压转换器控制电路具有内置保护机制，例如负载开关，使用具有内置保护功能的控制器可简化设计，减少BOM数量并减少PCB占地面积。具有保护功能的升压转换器IC的包括： LM4510 和 TPS61080。

具有内置保护的升压转换器IC的简化示例

六、保险丝保护

可以在升压转换器的输入或者输出上放置保险丝，以防止出现短路负载情况。有关如何完成操作的示例，请看下图。

升压转换器输入或输出上的保险丝保护。请注意，负载开关和 MOSFET 保护电路也可以放置在升压转换器输出和负载之间，如图所示的熔断器保护电路。

这里还是建议使用上面的其他办法，因为带保险丝的设计比较麻烦。如果发生短路，保险丝将熔断并必须更换。如果转换器正常工作，使用额外保护MOS关、负载开关或者集成保护电路构建的电路将不需要更换任何组件。

这样的话可以节省更换烧毁保险丝的时间和钱。

　　审核编辑：汤梓红