芯片(IC)及系统级保护功能

2019-06-11 01:41字体:
  

  ,即使没有发生任何现场故障,仍需要回答以下问题:设计师是否对产品进行了余量设计?这需要采取一种有效的方法,以避免内建的产品可靠性所承担的成本代价,从而消除设计中不必要的猜测工作。

  对于设计师而言,在新产品发布到之前,预测其现场可靠性是非常困难的。但一旦发生未预期的严重现场故障,则说明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:设计师是否对产品进行了余量设计?这需要采取一种有效的方法,以避免内建的产品可靠性所承担的成本代价,从而消除设计中不必要的猜测工作。

  在可靠性方面,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。如果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。由于电源直接连接交流市电,而市电是设计师无法控制的高能系统,因此电源非常容易受损。市电有时会遭遇功率突增,发生危险的高压尖峰和瞬变。负载自身会产生故障,造成过载或短路情况。散热风扇会发生阻塞或被遮挡,导致整个系统温度过高。

  电源设计工程师必须实现性能规格及成本目标,同时确保耐用性和可靠性。在面临元件容差、生产变量以及须待解决的诸多危险因素时,实现上述目标可是件极其艰巨的任务。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说明这一点,这款反激式转换器使用Power Integrations的TOPSwitch-HX控制器/功率IC设计而成。

  TOPSwitch-HX将一个700V的功率MOSFET、高压开关启动电流源、多模式PWM控制器、振荡器、热关断保护电路、故障保护电路及其他控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所示为一款完整的开关电源,适用于打印机和采用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(用以支持连续负载)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、成本和重量优势,并且丝毫不会降低可靠性。

  TOPSwitch-HX (U1)集成了用户自定义保护功能,可在输入欠压、过压及输出过载条件下避免电源及负载受损。热关断功能具有自动恢复特性,自动重启动功能可防止输出短路和反馈开环。这些保护功能的实现方式将在下面介绍。

  欠压和过压保护功能的控制是通过电压监测(V)输入提供的。输入欠压保护可防止通电及断电时输出的不良波动,输入过压保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保护。如果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,如果电压值超过输入过压阈值,U1将立即停止开关。当MOSFET关断时,由于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100~200V,达到内部700V MOSFET的额定电压值。

  设计师经常担心的电路元件是功率MOSFET。与市场上其他许多额定值为600V的MOSFET相比,U1中集成功率MOSFET的700V源极可提供额外的裕量。U1采用限流点降低及输入电压升高来限制过载期间的漏电能量。这样可使由R3、R4、C4及D5组成的简单缓冲吸收电路对功率MOSFET提供全面保护。此外,U1中所集成的快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。由于能够对输入差模浪涌提供上述双重保护,因此可以省去常用于提供输入保护的金属氧化物压敏电阻(MOV),同时不会降低电源可靠性。(责任编辑:admin)

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