如何為同步升壓控制器添加過壓保護

1.前言

過壓保護電路(OVP)為下游電路提供保護，使其免受過高電壓的損壞。

撬棍電路對電源進行短路或鉗位，限制電源電壓，并觸發(fā)可能的保護功能，如：保險絲。
串聯(lián)開關則利用MOSFET或晶體管作為開關元件串行連接在電源線上，發(fā)生過壓時，OVP電路迅速關閉MOSFET，斷開與下游電路的連接。

盡管大多數(shù)同步升壓控制器中都存在逐周期限流功能，但有時工程師會在緊急情況下添加輸出過壓保護 (OVP) 以保護分立電路。在這篇文章中，我將向我們展示如何以極低的成本實現(xiàn)準確的輸出 OVP。雖然我將使用 LM5122 同步升壓控制器及其評估模塊 (EVM) 作為示例，但建議的電路也適用于其他同步升壓控制器。

2.具體方案

LM5122 多相同步升壓控制器適用于高效同步升壓穩(wěn)壓器應用。其控制方法基于峰值電流模式控制，可提供固有的線前饋、逐周期電流限制和簡單的環(huán)路補償。圖 1 顯示了簡化的 LM5122 應用圖。盡管存在逐周期限流功能，但 LM5122 本身不提供 OVP。但是，通過添加一個簡單的電路，我們可以實現(xiàn)足夠準確的輸出過壓保護。

圖 1：簡化的 LM5122 應用圖

圖 2 顯示了一個原始輸出 OVP 電路，其中輸出電壓檢測電阻分壓器由 R1 和 R2 組成。假設 V z是齊納二極管的擊穿電壓，V be是落在 n 溝道 p 溝道 n 溝道 (NPN) 晶體管的基極和發(fā)射極之間的電壓。我們可以使用等式 1 和 2 來觸發(fā)電路進入保護狀態(tài)：

因為1/2和V被通常具有耐受性，它們也隨變化溫度，OVP閾值將有很大的不同。

圖 3 顯示了另一個輸出 OVP 電路，它將具有更多受控的 OVP 閾值。同樣，輸出電壓檢測電阻分壓器由 R1 和 R2 組成。LMV431 是一款低壓 (1.24V) 并聯(lián)穩(wěn)壓器。通過比較檢測電阻分壓器的中心點和 LMV431 的內部參考引腳，如果檢測電阻分壓器的中心點電壓高于 1.24V 參考電壓，則 OVP 將觸發(fā)，如公式 3 所示：

由于 LMV431 具有 1.5% 的初始溫度小容差，因此該電路比帶有齊納二極管的原始輸出 OVP 電路具有更高的 OVP 精度。如果檢測電阻分壓器的中心點電壓高于1.24V，LMV431的陰極電壓會降低，這會導致MMBT2222的基極偏高。MMTB2222 的集電極連接到 LM5122 的欠壓鎖定 (UVLO) 引腳，UVLO 引腳下拉至 0V。升壓轉換器進入關斷模式并停止向輸出傳輸能量。

圖 2：原始輸出 OVP

圖 3：輸出 OVP 電路

使用 LM5122 EVM，OVP 電壓設置為 23.5V。為了驗證 OVP 電路，我們可以調整 EVM 將標稱 V O設置為 19.5V，并在 V O感測分壓器上增加一個額外的 10kΩ 電阻。圖 4 顯示了實驗結果。LO 是低側 N 溝道 MOSFET 柵極驅動輸出。當V ?添加并聯(lián)10kΩ電阻后增加到23.5V時，UVLO拉低到零，LM5122進入關閉模式，其中所有的功能被禁用。

圖 4：低端 MOSFET 在 OVP 觸發(fā)時停止開關

之所以需要使用兩個MMBT2222和MMBT2907晶體管，是因為LM5122的UVLO閾值為1.2V。LMV431 陰極的最低電壓在 1.24V 以上。添加這兩個晶體管會導致低于 1.2V 的 UVLO 引腳停止開關。

圖 5 顯示了另一個沒有兩個晶體管的簡化輸出 OVP 電路。LM5122 控制器具有 UVLO 功能，帶有一個從電源電壓 V IN到模擬接地引腳 (AGND)的外部 UVLO 設定點分壓器。LM5122 評估模塊的啟動電壓為 8.7V，V HYS設置為 0.5V。R UV2的標準值為49.9kΩ ，R UV1的標準值為8.06k Ω 。通過將 R UV2分成兩個電阻器 R UV2_1、 R UV2_2并將 LMV431 的陰極連接到這兩個電阻器 R UV2_1、R UV2_2 的中心點，我們可以使用圖 3 所示的電路實現(xiàn)類似的輸出 OVP 功能。

圖 5：簡化的輸出 OVP 電路

圖 6 顯示了第二個輸出 OVP 電路的實驗結果。當 V O增加到 23.5V 時，LMV431 的陰極電壓下降到 1.24V，UVLO 引腳電壓變?yōu)?0.53V。LM5122 進入待機模式并停止開關。軟啟動電容器放電至 0V，在 5.9ms 軟啟動時間后，器件再次開始開關。第二個輸出 OVP 電路觸發(fā)待機模式，比第一個 OVP 電路便宜。

圖 6：低端 MOSFET 在 OVP 觸發(fā)時停止開關

3.結論

與原始 OVP 電路相比，我在這篇文章中提出的兩個輸出 OVP 電路具有更準確的 OVP 閾值。第二個 OVP 電路可以幫助我們為同步升壓控制器構建更簡單、低成本的輸出 OVP 功能。