IC 及系统级保护功能

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。

图1 通用输入、30W连续输出、84W峰值功率的喷墨打印机电源

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。

输入保护
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。