開關(guān)電源|Boost電路加保護電路方案-KIA MOS管

Boost電路的基本原理

開關(guān)電源最常見的三種結(jié)構(gòu)布局是降壓（buck）、升壓（boost）和降壓–升壓（buck-boost），這三種布局都不是相互隔離的。

今天介紹的主角是boost升壓電路，the boost converter（或者叫step-up converter），是一種常見的開關(guān)直流升壓電路，它可以使輸出電壓比輸入電壓高。

Boost電路是一種開關(guān)直流升壓電路，它能夠使輸出電壓高于輸入電壓。在電子電路設(shè)計當中算是一種較為常見的電路設(shè)計方式。

首先，你需要了解的基本知識：

電容阻礙電壓變化，通高頻，阻低頻，通交流，阻直流；

電感阻礙電流變化，通低頻，阻高頻，通直流，阻交流；

假定那個開關(guān)（三極管或者MOS管）已經(jīng)斷開了很長時間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。

下面要分充電和放電兩個部分來說明這個電路。

充電過程：

在充電過程中，開關(guān)閉合（三極管導通），等效電路如上圖，開關(guān)（三極管）處用導線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。

由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。

放電過程：

如上圖，這是當開關(guān)斷開（三極管截止）時的等效電路。當開關(guān)斷開（三極管截止）時，由于電感的電流保持特性，流經(jīng)電感的電流不會馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時的值變?yōu)?。

而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經(jīng)高于輸入電壓了。升壓完畢。

說起來升壓過程就是一個電感的能量傳遞過程。充電時，電感吸收能量，放電時電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過程中保持一個持續(xù)的電流。

如果這個通斷的過程不斷重復，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

給Boost電路加保護電路

Boost電路作為一種非隔離的升壓電路，其結(jié)構(gòu)簡單，容易設(shè)計，成本低廉，被廣泛應(yīng)用于各種不需要隔離的升壓場合，特別是有源PFC電路中應(yīng)用最為廣泛。

較于BUCK或其他的隔離電路，BOOST電路的保護似乎更麻煩。

對于一般的保護電路而言，當輸入欠壓，過壓，輸出過流，短路，過壓，過溫度的時候，我們會要求電路會自動關(guān)閉輸出，或?qū)崿F(xiàn)打嗝式的保護，以利于后面的負載或電路受到及時的保護，避免損壞；

但對于BOOST電路而言，因升壓電感，輸出整流二極管是串聯(lián)在輸入與輸出的回路中，即使是完全關(guān)閉MOSFET的驅(qū)動，輸出也會有一個比輸入電壓低電感直流壓降跟二極管正向?qū)▔航档碾妷海@也就是說不能完全關(guān)閉輸出，沒有達到我們想要的保護效果。

下面有幾種解決方案，可以用來給BOOST電路保護。

① 可以在輸入端加MOS作關(guān)斷保護。這個是一種很好的方法，但MOSFET的控制比較復雜，而且需要高電壓大電流的MOSFET，這樣會增大系統(tǒng)的成本，而且會降低可靠性。

其結(jié)果是輸入端的電壓相對低些，而且加在輸入端更方便實現(xiàn)軟啟動，減小對MOS的沖擊。但是由于輸出端電流更小，加在輸出端MOS功耗更小一點。

② 對類似產(chǎn)品，日本有要求輸出端必須有保險裝置，通常是加可恢復保險絲。

可恢復的保險絲說白了就是PTC，不適合大功率場合，而且會產(chǎn)生大量的損耗，把保險裝置加在輸出端比加在輸入端損耗相對小些，而且這種方式成本更低，經(jīng)濟實惠。

③ 可以用在母線上串接繼電器的方式，在關(guān)掉MOS的同時，同步切斷繼電器，使得主回路斷開就可以切斷電流回路，進一步保護二極管。繼電器是一個常見的保護方法，但也有壽命短，且在開關(guān)動作時容易打火等缺點。

④ 如果不考慮成本和復雜性的話，完美的保護電路一定可以做的出來！但實際上，輸出短路是個例，為這個“意外”花過多的成本非常不值得。

1、Vin端的Fuse必須要有，防止MOS擊穿造成安全隱患。

2、輸出短路時，受大電流沖擊的脆弱部件需要加強（圖中的Rsense )。

3、BOOST輸出電流通常遠小于輸入電流，更遠遠的小于短路時的大電流，因此使用PPTC（自恢復保險絲）是可行的。PPTC動作電流可取輸出電流的2~3倍，正常時，PPTC損耗非常小。

4、Boost使能腳EN電壓由輸出取，一但短路后，EN=0V（電壓降在PPTC上），IC立即停止工作，輸出電壓降低到約等于輸入電壓，可以減小短路保護后的功耗，同時也降低PPTC兩端的電壓，來降低PPTC的功耗。

5、當輸出短路排除后，由于PPTC的存在，EN重新得電,IC啟動，BOOST重新工作。

目前比較少人關(guān)注這一塊，即使是目前各大廠商推出的PFC電路，只要后級一短路，后果都可想而知。保護最安全的方法是切斷輸入，目前的開關(guān)器件有三極管，MOSFET，IGBT，繼電器，接觸器等，不同的開關(guān)器件有不同的優(yōu)缺點。

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