DC/DC轉換器除了理所當然向電路供給電源外,確保電路安全也很重要。近年,DC/DC轉換器用的IC幾乎都搭載了被認為必備的保護功能。有些保護功能可以由用戶調整閾值等支持各種條件。此外,電源電路要支持使用CPU或FPGA等的復合電源的裝置對電源接入的順序和時序需求。為此,具備可編程功能的電源IC。雖然外置電路也可以實現IC所搭載的保護功能或可編程功能,但其設計比電源IC要復雜得多,且需要增加許多零件,并不可行。在這里,介紹代表性保護功能和可編程功能的概述。
保護功能:熱關斷
熱關斷是IC的結溫達最大額定,就是Tj max的前后時關斷電路工作的構造。工作的結溫因IC而異,大多被設定在Tj max的前后。關斷后的工作模式有自動恢復型和閉鎖型2種。

圖51
自動恢復型當溫度上升至所設定的閾值時關斷,溫度開始下降至設定值時則IC的工作將自動恢復。閉鎖型即使溫度下降IC的工作也會處于關斷。要使IC再次工作必須重新輸入IC的電源。
此兩種的關斷后的工作模式須在考慮應用的安全設計后選擇使用。另外,ROHM的IC由于Tjmax是150℃,所以再加25℃的175℃大多會熱關斷。重要的確認事項是,熱關斷功能是為了防止損害時IC本身冒煙或出火的功能,不是保護供電基板或設備的功能。
保護功能:防止低電壓誤動作
防止低電壓誤動作功能(Under Voltage LockOut)大多取英文頭字稱為UVLO。當輸入電壓在IC的輸入電壓范圍以下時,IC會停止輸出來保護本身的輸出晶體管或負載。當輸入電壓在IC的工作電壓以下時,電路將產生無法預料的工作,在送出異常輸出前強制停止電路工作。幾乎所有電源IC都搭載UVLO以防止無法預料的故障。

圖52
保護功能:過電流保護
過電流保護是在輸出電流高于閾值時限制輸出電流來防止IC或負載燒毀的功能。如果監控線圈電流后檢測超過限制值時,則通過縮短上側開關的ON時間降低輸出來限制電流。雖然過電流狀態持續時IC會繼續限制電流,不過請記住,限制值的電流,也就是過電流仍會繼續流向負載。電流值恢復正常時,IC也會恢復正常工作。

圖53

圖54
保護功能:短路保護
短路保護大多與過流保護搭配使用,因此有些IC干脆不加以區分而作為過流保護的功能。前述過電流如果進一步變多的話,保護電路將進一步降低輸出電壓。當處于規定電壓以下的狀態到達某時間以上時,保護電路將停止開關工作變為零。此保護功能也有自動恢復型和閉鎖型,自動恢復型在數百毫秒后會再度開始開關使電壓輸出。此時,如果過電流原因被排除且過電流不流動的話則為正常工作,如果再度進入過電流狀態的話輸出將反復ON/OFF。閉鎖型將使輸出保持在零狀態,直到重新輸入IC電源才會恢復。這也和熱關斷一樣,必須在考慮應用的安全設計后選擇使用。
保護功能:過電壓保護
電源線有可能因某些原因短路使大電流流動后再度恢復時輸出電壓瞬間過沖,尤其是CPU等IC由于工作電壓和絕對最大額定的幅度小,故有可能會因過沖的過電壓而破壞IC。過電壓保護將監控輸出電壓,如果檢測出規定值以上的電壓時會將上側開關設為OFF并停止功率供給。但是,如果只是停止功率供給的話,電感所蓄積的電荷將被放出而使電壓持續上升,因此將下側開關設為ON后將電感的電荷釋放至GND,防止輸出上升。

圖55
可編程功能:關斷
關斷功能是指將IC控制部的工作設為ON/OFF。當電路不需要功率時,而且為POL(Point Of Load:基板上只有一部電路或裝置的電源)的話,通過與負載的要求連動進行關機,將有助于削減功耗或待機功率。

圖56
可編程功能:軟啟動
軟啟動是為了防止啟動時的浪涌電流而讓輸出電壓的啟動擁有時間常量使其上升的功能。必須注意的是,當浪涌電流產生時IC的過流保護會工作,有時會發生電源不啟動(過熱閉鎖狀態)的問題。軟啟動的時間常量分IC內部固定型和備有調整引腳可通過外置電容器設定的類型。
可編程功能:電源正常輸出
電源正常是指當輸出到達所設定的電壓值時釋出Flag的功能通過通知CPU電源啟動沒有問題,或與使能功能組合來排序多個電源的啟動。圖57是使用電源正常和使能讓電源按照從電源1到電源3順序啟動的時序結構例。

圖57

圖58
可編程功能:跟蹤
跟蹤是可以設定多個電源啟動順序和時序的功能。通過使多個電源輸出依據所要求的順序啟動,可確保電路或裝置的安全。跟蹤有同時跟蹤、比例跟蹤、偏置跟蹤3種。

圖59
同時跟蹤是指所有電源同時為ON并以相同斜率啟動,從低電壓的電源依據順序到達設定電壓。這有助于以FPGA等啟動低電壓內核電源后,啟動外圍I/O電源的應用。
比例跟蹤(Ratiometric)是指以各自不同的斜率啟動。這是調整斜率不讓浪涌電流大量流入各電源線去耦電容器的方法。
偏置跟蹤是指邊啟動邊維持各電源間偏置電壓(電壓差)的固定。該方法對有規定電源電壓間差距的裝置有效。
一般來說,要進行這些控制須使用可編程控制器IC或跟蹤控制器IC。有些電源IC內置跟蹤功能,可利用主動電源的輸出電壓來控制從動。

圖60:使用可編程控制器IC控制例

圖61:內置跟蹤功能使用例
審核編輯:湯梓紅
評論