Pradeep Shenoy

電源轉換器的設計通常可以防止發生不必要的故障情形。例如，如果轉換器輸出上消耗過多電流，則可能會觸發過流保護。如果轉換器的輸出端子意外短接在一起，或者負載電流超過設計的最大電流，則過流保護會起作用。其他常見故障情況包括超過熱關斷觸發點（過熱）和輸出電壓超出范圍（過壓或欠壓）。

斷續是一種常用的故障響應方式。電源轉換器將自行關閉，等待一段時間（例如 30ms），然后自動重啟。圖 1 展示了此響應的示例，其同時測量輸出電壓和電感器電流。斷續故障響應讓系統無需外部干預即可恢復，還有助于降低在輸出短路情況下產生的功耗和熱量。

有時并不需要斷續響應。您可能想用一個中央控制器以更復雜或精密的方式管理故障響應。某些系統內置了冗余，想要完全關閉故障子系統，以確保不干擾正常運行的子系統。在這些情況下，所需的故障響應是閉鎖出現故障的電源轉換器。除非對使能 (EN) 引腳或電源電壓下電上電來復位鎖存器，否則閉鎖電源轉換器將阻止電源轉換器重啟。有些器件（如 TPS53511）具有內置的閉鎖響應，但大多數器件沒有。

可以通過簡單的設置/復位 (SR) 鎖存電路為電源轉換器添加閉鎖故障響應。圖 2 展示了 SR 鎖存器及其真值表。在本示例中，SR 鎖存器的輸入為低電平有效。這意味著當輸入為高電平時，輸出 Q 和 Q-Bar 不會發生變化。如果設置輸入變為低電平，Q 將被設為高電平 (1)。如果復位輸入變為低電平，Q 將為低電平 (0)。如果兩個輸入都為低電平，則輸出為不確定狀態，通常應避免這種情況。添加邏輯門可以避免這種情況。

圖 2 簡要說明了實現鎖存電路的方法。許多電源轉換器和監控電路都具有電源正常 (PGOOD) 輸出。如果轉換器出現故障，PGOOD 信號將拉至低電平，指示轉換器出現問題。當 PGOOD 信號變為低電平時，鎖存電路的輸出 (Q) 將變為高電平，進而將轉換器的 EN 引腳拉至低電平。當 EN 引腳變為低電平時，轉換器將關閉，并不會自行重啟。發送到鎖存器的復位信號會重新啟動轉換器并使 Q 輸出變為低電平，進而使 EN 引腳變為高電平。包含的反相器讓連接更簡單；這些反相器采用開漏金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 實現。

要確保轉換器即使在 PGOOD 信號為低電平時也能夠正確啟動或重啟，則需要將鎖存電路設為“復位主導”。換句話說，當設置和復位輸入均為低電平時，復位輸入將起主導作用，從而使 Q 輸出變為低電平。圖 4 展示了僅使用與非門的簡化實現，其中包含相應的真值表。可使用兩個雙通道與非門 SN74AUP2G00 集成電路 (IC) 或一個四通道與非門 SN74HC00 IC 來創建此電路。

圖 4 展示了閉鎖電路的總體實現。電源轉換器的 PGOOD 引腳使用外部電阻器（連接至 3.3V）拉至高電平。每當發生故障時，連接到 PGOOD 的開漏 MOSFET 都會將 S-bar 輸入拉至鎖存低電平。然后 Q 輸出變為高電平，從而開啟 MOSFET S1。EN 引腳拉至低電平，進而關閉轉換器并防止斷續自動重啟。當轉換器輸入電壓軌 (PVIN) 斜升時，通過寄生柵漏極電容 (C_gd) 的電容耦合會上拉 S1 的柵極并將其打開。S1 柵極上的下拉電阻有助于確保 S1 不會不經意導通。

SR 鎖存器的 R-Bar 輸入通過 100kΩ 電阻拉至高電平。只要向 S2 的柵極提供復位信號，開漏 MOSFET S2 就可以將 R-Bar 信號拉至低電平。電容器（C，與 S2 并聯）形成一個帶有上拉電阻器 R 的延遲電路。在本例中，延遲的 RC 時間常數約為 47ms。該延遲是可調的，以確保 R-Bar 輸入在啟動期間保持低電平。R-Bar 的慢速邊沿速率可能會因過多的電流消耗而損壞某些互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 與非門的輸入。然而，SN74AUP2G00 門不會因此而損壞，這是因為其驅動器相對較弱。

另一種方法是使用施密特觸發輸入與非門，或在 R-Bar 輸入添加施密特觸發緩沖器。在第三種方案中，開關 S2 可連續導通以在啟動期間將 R-Bar 拉至低電平，并可通過調整 R 和 C 值來減小或完全消除 RC 延遲。

可在需要閉鎖故障響應的各種電源轉換器應用中使用此處所述的電路。閉鎖電路使用很少的簡單元件和邏輯門便可實現靈活可靠的解決方案。

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