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。
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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。
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五、具有内置保护的升压转换器控制器
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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。
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