IC及系统级保护功能

1、ic及系统级保护功能对于设计师而言，在新产品发布到之前，预测其现场牢靠性是十分困难的。但一旦发生未预期的严峻现场故障，则解释设计师的设计是失败的。然而，即使没有发生任何现场故障，仍需要回答以下问题：设计师是否对产品举行了余量设计？这需要实行一种有效的办法，以避开内建的产品牢靠性所担当的成本代价，从而消退设计中不须要的猜想工作。在牢靠性方面，最关键的系统元件通常是电源。电源故障往往会导致系统关闭，但它所造成的不良后果远不止这一点。假如电源故障还造成负载损坏的话，那么故障的成本将远高于电源本身的成本。因为电源挺直衔接沟通市电，而市电是设计师无法控制的高能系统，因此电源十分简单受损。市电有时会遭受功

2、率突增，发生危急的高压尖峰和瞬变。负载自身会产生故障，造成过载或短路状况。散热风扇会发生堵塞或被遮挡，导致囫囵系统温度过高。电源设计工程师必需实现性能规格及成本目标，同时确保耐用性和牢靠性。在濒临元件容差、生产变量以及须待解决的诸多危急因素时，实现上述目标可是件极其艰难的任务。不过，随着电源控制ic技术的不断提升，设计工程师的压力可以得到大大缓解。下面的设计范例可以充分解释这一点，这款反激式转换器用法power integrations的topswitch-hx控制器/功率ic设计而成。topswitch-hx将一个700v的功率、高压开关启动源、多模式控制器、热关断庇护、故障庇护电路及其他控

3、制电路集成在一个单片器件内，使设计师可以设计出功能完备的电源，并且只需极少的外围元件。图1所示为一款完整的，适用于打印机和采纳电机或传动器的轻工业应用。该电源可以提供恒定的30w(42v)电流，峰值负载为 84w，并且无须外部散热片。该电路的峰值负载能力可以使合适尺寸（用以支持延续负载）的元件提供电机启动时所需的高电流。该设计具有显著的尺寸、成本和分量优势，并且丝毫不会降低牢靠性。图1 通用输入、30w延续输出、84w峰值功率的喷墨打印机电源topswitch-hx (u1)集成了用户自定义庇护功能，可在输入欠压、过压及输出过载条件下避开电源及负载受损。热关断功能具有自动复原特性，自动重启动功

4、能可防止输出短路和反馈开环。这些庇护功能的实现方式将在下面介绍。输入庇护欠压和过压庇护功能的控制是通过监测(v)输入提供的。输入欠压庇护可防止通电及断电时输出的不良波动，输入过压庇护可确保系统能耐受高达700v的输入浪涌电压而不会造成任何损坏。r2通过由v输入控制的锁存关断功能来提供输入欠压及过压庇护。假如经整流后的直流高压的电压值低于欠压阈值，u1的开关将被禁止并保持关断，直至达到指定的工作电压。同样，假如电压值超过输入过压阈值，u1将立刻停止开关。当mosfet关断时，因为没有反射电压和漏感尖峰电压叠加到漏极，经整流的直流高压抗浪涌冲击能力将提高100200v，达到内部700v mosfe

5、t的额定电压值。设计师常常不安的电路元件是功率mosfet。与市场上其他许多额定值为600v的mosfet相比，u1中集胜利率mosfet的 700v源极可提供额外的裕量。u1采纳限流点降低及输入电压上升来限制过载期间的漏电能量。这样可使由r3、r4、c4及d5组成的容易缓冲汲取电路对功率mosfet提供全面庇护。此外，u1中所集成的迅速输入过压抑制电路，可在检测到输入电压瞬变时禁止开关。因为能够对输入差模浪涌提供上述双重庇护，因此可以省去常用于提供输入庇护的金属氧化物压敏(mov)，同时不会降低电源牢靠性。输出庇护为确保负载的平安性，应提供输出过压庇护。假如电源反馈环路中的元件发生故障（如光

6、耦器），则可能会产生危急的高输出电压。topswitch-hx中包含集成的输出过压及过功率庇护电路。一旦因输出过载或开环故障导致c6上的偏置绕组输出电压上升，vr1将导通并使电流流入v引脚，从而触发锁存关断。为了防止因短时光过载而引起错误触发，可在vr1与c6之间实施容易的rc延迟电路。输出过载庇护是一项必备功能，特殊是在驱动电机的应用中。在输出过载故障条件下（如电机停转），控制器不得提供这种可损坏负载的电流，或者不得损坏电源内的元件。在u1中，这种庇护是通过控制功率因数(i2f)和通过利用x引脚输入控制限流点来实现的。在反激式转换器中，输出功率是li2f 的函数，其中，l是初级值，i是峰值初

7、级电流，f是开关频率。将i2f合并到单个数据手册参数中后，与i和f为自立变量时的设计值相比，给定输出功率所需的电感值将减小。这样会减小在最低输入电压的最差条件下提供满功率所需的初级电感值。x引脚允许在外部设定器件限流点，还可以用法两个电阻对x引脚举行配置，以降低限流点并提高输入电压。这样可以拉平将会浮现的过载功率随输入电压变幻的曲线。过热庇护u1中的过热庇护由精密的提供，当结温超过热关断温度（典型值142）时，该电路就关断输出mosfet；当结温冷却到迟滞温度以下时，该电路将重新复原正常工作。采纳75（典型值）的迟滞可防止因持续故障而使pc板浮现过热现象。通过将u1设计为温度最高的元件，这种内部过热关断功能还可以对囫囵电源提供过热庇护。用法分立元件来实现上述多种庇护功能的内建是件十分困难且费用昂贵的事情，特殊是在解决与器件容差相关的问题时。对于低成本或空间受限的应用