如何锁定具有打嗝故障响应的电源转换器

电源转换器通常设计用于防止出现不良故障。例如，如果转换器输出上消耗的电流过多，则可能会启用过流保护。如果转换器的输出端子意外短路或负载电流超过设计的最大电流，这会很有帮助。其他常见故障情况包括超过热关断跳变点(过热)和输出电压超出范围(过压或欠压)。

一种流行的故障响应方式称为打嗝。电源转换器将自行关闭，等待一段时间(例如 30 ms)，然后自动重新启动。图 1 显示了此响应的示例，同时测量输出电压和电感器电流。打嗝式故障响应使系统有机会在没有外部干预的情况下恢复。它还有助于减少输出短路时消耗的功率和产生的热量。

图 1过流情况导致的打嗝故障响应

有时不希望有打嗝的反应。也许您希望中央控制器以更复杂或精密的方式管理故障响应。有些系统内置冗余，希望完全关闭故障子系统，以确保它们不会干扰正常运行的子系统。在这些情况下，期望的故障响应可能是闭锁故障功率转换器。除非使能 (EN) 引脚或电源电压循环以重置锁存器，否则锁断电源转换器将阻止其重新启动。某些器件(例如TPS53511)具有内置闭锁响应，但大多数器件没有。

可以使用简单的置位/复位 (SR) 锁存电路向电源转换器添加锁断故障响应。图 2 显示了 SR 锁存器及其真值表。对于本例，SR 锁存器具有低电平有效输入。这意味着当输入为高电平时，输出 Q 和 Q-Bar 不会改变。如果设置输入变低，Q 将被设置为高 (1)。如果复位变低，Q 将变低 (0)。如果两个输入均为低电平，则输出处于不确定状态，通常应避免这种情况。附加逻辑门可以克服这种情况。

图 2具有低电平有效输入的 SR 锁存器和相应的真值表

图 3 说明了实现锁存电路的高级方法。许多电源转换器和监控电路都有电源良好 (PGOOD) 输出。如果转换器出现故障，PGOOD 信号将拉低，表明转换器出现问题。当 PGOOD 信号变低时，锁存电路 (Q) 的输出将变高，从而将转换器的 EN 引脚拉低。当 EN 引脚变低时，转换器将关闭，并且不会自行重启。发送到锁存器的复位信号会重新启动转换器并将 Q 输出拉低，从而将 EN 引脚拉高。包含逆变器是为了使接口更简单;它们是通过开漏金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)实现的。

图 3锁存器电路概述和示例信号图

您希望确保即使在 PGOOD 信号为低电平时转换器也能正确启动或重新启动;因此，您需要锁存电路以复位为主。换句话说，当置位和复位输入都为低电平时，复位输入将占主导地位，导致 Q 输出为低电平。图 4 显示了仅使用 NAND 门的简化实现以及相应的真值表。可以使用两个双与非门 SN74AUP2G00 集成电路 (IC) 或一个四与非门 SN74HC00 IC 来创建该电路。

图4使用与非门的复位主导锁存电路和相应的真值表

图 5 显示了锁存电路的整体实现。电源转换器的 PGOOD 引脚使用外部电阻拉高(至 3.3V)。每当发生故障时，连接到 PGOOD 的开漏 MOSFET 会将 S-bar 输入拉至锁存低电平。然后 Q 输出变高，从而导通 MOSFET S1。 EN 引脚拉低，从而关闭转换器并防止打嗝自动重启。当转换器输入电压轨 (PVIN) 上升时，通过寄生栅漏电容 (C gd ) 的电容耦合可能会拉高 S1 的栅极并将其打开。 S1 栅极上的下拉电阻可能有助于确保 S1 不会无意中导通。

图5自恢复闭锁电路

SR 锁存器的 R-Bar 输入通过 100kΩ 电阻器拉高。每当向 S2 的栅极提供复位信号时，开漏 MOSFET S2 就可以将 R-Bar 信号拉低。电容(C，与S2并联)与上拉电阻R组成延迟电路。本例中延迟的RC时间常数约为47 ms。该延迟是可调的，以确保 R-Bar 输入在启动期间保持低电平。由于电流消耗过大，R-Bar 上的慢边沿速率可能会损坏某些互补金属氧化物半导体 (CMOS) NAND 门的输入。然而，SN74AUP2G00 栅极不会因此而损坏，因为它们的驱动器相对较弱。

另一种方法是使用施密特触发输入 NAND 门或在 R-Bar 输入处添加施密特触发缓冲器。在第三种选择中，开关S2可以在启动期间连续打开以将R-Bar拉低，并且可以通过调整R和C值来减少或完全消除RC延迟。

可以在需要闭锁故障响应的各种电源转换器应用中使用此处描述的电路。锁存电路使用一些简单的组件和逻辑门来实现灵活、稳健的解决方案。