如何鎖定具有打嗝故障響應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換器

電源轉(zhuǎn)換器通常設(shè)計用于防止出現(xiàn)不良故障。例如，如果轉(zhuǎn)換器輸出上消耗的電流過多，則可能會啟用過流保護。如果轉(zhuǎn)換器的輸出端子意外短路或負載電流超過設(shè)計的最大電流，這會很有幫助。其他常見故障情況包括超過熱關(guān)斷跳變點(過熱)和輸出電壓超出范圍(過壓或欠壓)。

一種流行的故障響應(yīng)方式稱為打嗝。電源轉(zhuǎn)換器將自行關(guān)閉，等待一段時間(例如 30 ms)，然后自動重新啟動。圖 1 顯示了此響應(yīng)的示例，同時測量輸出電壓和電感器電流。打嗝式故障響應(yīng)使系統(tǒng)有機會在沒有外部干預(yù)的情況下恢復(fù)。它還有助于減少輸出短路時消耗的功率和產(chǎn)生的熱量。

圖 1過流情況導(dǎo)致的打嗝故障響應(yīng)

有時不希望有打嗝的反應(yīng)。也許您希望中央控制器以更復(fù)雜或精密的方式管理故障響應(yīng)。有些系統(tǒng)內(nèi)置冗余，希望完全關(guān)閉故障子系統(tǒng)，以確保它們不會干擾正常運行的子系統(tǒng)。在這些情況下，期望的故障響應(yīng)可能是閉鎖故障功率轉(zhuǎn)換器。除非使能 (EN) 引腳或電源電壓循環(huán)以重置鎖存器，否則鎖斷電源轉(zhuǎn)換器將阻止其重新啟動。某些器件(例如TPS53511)具有內(nèi)置閉鎖響應(yīng)，但大多數(shù)器件沒有。

可以使用簡單的置位/復(fù)位 (SR) 鎖存電路向電源轉(zhuǎn)換器添加鎖斷故障響應(yīng)。圖 2 顯示了 SR 鎖存器及其真值表。對于本例，SR 鎖存器具有低電平有效輸入。這意味著當(dāng)輸入為高電平時，輸出 Q 和 Q-Bar 不會改變。如果設(shè)置輸入變低，Q 將被設(shè)置為高 (1)。如果復(fù)位變低，Q 將變低 (0)。如果兩個輸入均為低電平，則輸出處于不確定狀態(tài)，通常應(yīng)避免這種情況。附加邏輯門可以克服這種情況。

圖 2具有低電平有效輸入的 SR 鎖存器和相應(yīng)的真值表

圖 3 說明了實現(xiàn)鎖存電路的高級方法。許多電源轉(zhuǎn)換器和監(jiān)控電路都有電源良好 (PGOOD) 輸出。如果轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)故障，PGOOD 信號將拉低，表明轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)問題。當(dāng) PGOOD 信號變低時，鎖存電路 (Q) 的輸出將變高，從而將轉(zhuǎn)換器的 EN 引腳拉低。當(dāng) EN 引腳變低時，轉(zhuǎn)換器將關(guān)閉，并且不會自行重啟。發(fā)送到鎖存器的復(fù)位信號會重新啟動轉(zhuǎn)換器并將 Q 輸出拉低，從而將 EN 引腳拉高。包含逆變器是為了使接口更簡單;它們是通過開漏金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)實現(xiàn)的。

圖 3鎖存器電路概述和示例信號圖

您希望確保即使在 PGOOD 信號為低電平時轉(zhuǎn)換器也能正確啟動或重新啟動;因此，您需要鎖存電路以復(fù)位為主。換句話說，當(dāng)置位和復(fù)位輸入都為低電平時，復(fù)位輸入將占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致 Q 輸出為低電平。圖 4 顯示了僅使用 NAND 門的簡化實現(xiàn)以及相應(yīng)的真值表?？梢允褂脙蓚€雙與非門 SN74AUP2G00 集成電路 (IC) 或一個四與非門 SN74HC00 IC 來創(chuàng)建該電路。

圖4使用與非門的復(fù)位主導(dǎo)鎖存電路和相應(yīng)的真值表

圖 5 顯示了鎖存電路的整體實現(xiàn)。電源轉(zhuǎn)換器的 PGOOD 引腳使用外部電阻拉高(至 3.3V)。每當(dāng)發(fā)生故障時，連接到 PGOOD 的開漏 MOSFET 會將 S-bar 輸入拉至鎖存低電平。然后 Q 輸出變高，從而導(dǎo)通 MOSFET S1。 EN 引腳拉低，從而關(guān)閉轉(zhuǎn)換器并防止打嗝自動重啟。當(dāng)轉(zhuǎn)換器輸入電壓軌 (PVIN) 上升時，通過寄生柵漏電容 (C gd ) 的電容耦合可能會拉高 S1 的柵極并將其打開。 S1 柵極上的下拉電阻可能有助于確保 S1 不會無意中導(dǎo)通。

圖5自恢復(fù)閉鎖電路

SR 鎖存器的 R-Bar 輸入通過 100kΩ 電阻器拉高。每當(dāng)向 S2 的柵極提供復(fù)位信號時，開漏 MOSFET S2 就可以將 R-Bar 信號拉低。電容(C，與S2并聯(lián))與上拉電阻R組成延遲電路。本例中延遲的RC時間常數(shù)約為47 ms。該延遲是可調(diào)的，以確保 R-Bar 輸入在啟動期間保持低電平。由于電流消耗過大，R-Bar 上的慢邊沿速率可能會損壞某些互補金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) NAND 門的輸入。然而，SN74AUP2G00 柵極不會因此而損壞，因為它們的驅(qū)動器相對較弱。

另一種方法是使用施密特觸發(fā)輸入 NAND 門或在 R-Bar 輸入處添加施密特觸發(fā)緩沖器。在第三種選擇中，開關(guān)S2可以在啟動期間連續(xù)打開以將R-Bar拉低，并且可以通過調(diào)整R和C值來減少或完全消除RC延遲。

可以在需要閉鎖故障響應(yīng)的各種電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中使用此處描述的電路。鎖存電路使用一些簡單的組件和邏輯門來實現(xiàn)靈活、穩(wěn)健的解決方案。