热插拔控制器在直流升压电路中的设计应用

　　3.2电路简介

　　这是一款用了TPS2491热插拔控制芯片的升压电路，带有输出过流短路保护，当遥控端CTL接地时，电源进入待机模式，输出为零。

　　热插拔控制器包括用作电源控制主开关的N沟道MOSFET、测量电流的检测电阻以及热插拔控制器TPS2491三个主要元件，如上图2所示。热插拔控制器用于实现控制MOSFET导通电流的环路，其中包含一个电流检测比较器。电流检测比较器用于监控外部检测电阻上的电压降。当流过检测电阻上产生50 mV以上电压的电流将导致比较器指示过流，关闭MOSFET.TPS2491具有软启动功能，其中过流基准电压线性上升，而不是突然开启，这使得负载电流也以类似方式跟着变化。

　　TPS2491内部集成了比较器及参考电压构成的开启电路用于使能输出。比较器的开启电压为1.35 V，关闭电压1.25 V，有0.1 V的滞差保证工作的稳定。通过分压电阻精确设定了使能控制器所必须达到的电源电压。器件一旦使能，MOSFET栅极就开始充电，这种电路所使用的N沟道MOSFET的栅极电压必须高于源极。为了在整个电源电压(VCC)范围内实现这个条件，热插拔控制器集成了一个电荷泵，能够将GATE引脚的电压维持在比VCC还高10 V的水平。必要时，GATE引脚需要电荷泵上拉电流来使能MOSFET，并需要下拉电流来禁用MOSFET.较弱的下拉电流用于调节，较强的下拉电流则用于在短路情况下快速关闭MOSFET.

　　热插拔控制器还有一个模块为定时器，它限制过流情况下电流的调节时间。选用的MOSFET能在指定的最长时间内承受一定的功率。MOSFET制造商使用图3标出这个范围，或称作安全工作区(SOA)。

　　图3 MOSFET安全工作区

　　定时器还决定控制器自动重启的时间，故障导致关闭MOSFET，经过16个振荡周期后，芯片重新使能输出。

　　3.3设计过程

　　(4)选择CT

　　选择合适的电容，保证输出启动时能完成输出电容的充电且不引起故障保护的动作。

　　(5)选择使能启动电压

　　EN端启动电压为1.35 V，关闭电压为1.25 V.利用此引脚，可以做输入欠压保护;设计分压电阻为240 kΩ和13 kΩ，开启电压为26.3 V，在24.3 V时关闭。

　　(6)其他参数

　　GATE驱动电阻，为了抑制高频振荡，通常取10Ω;PG端上拉电阻，保证吸收电流小于2 mA，在本设计中不需要，悬空处理;Vcc端旁路电容，取0.1μF.

　　电源使能端串联一个二极管BAV70，低电平时可以关闭升压电路和电源输出。

　　4测试结果和各测试点的工作波形

　　测试结果为过流保护动作点：1.45 A;输出长期短路无损坏，短路去除恢复输出;遥控端使能工作正常。

　　上电时各个测试点波形如图4所示。

　　图4 上电波形

　　图4中CH2是升压后的电压，当输入加电，升压电路立即工作，很快达到28 V.为了防止后极负载的浪涌电流对MOSFET的冲击，可以看到驱动电压(CH1)是缓慢上升的，输出电压(CH3)也是跟随缓慢上升。在启动过程中，很明显看到MOSFET的驱动电压不高，MOSFET工作于线性区，同样可以抑制输出端电流的增大，有效保护MOSFET在启动过程中不过载。

　　正常工作时的各点电压如图5所示。由图5可以看到，正常工作时，输出电压(CH3)等于升压后的电压(CH2)，MOSFET驱动电压(CH1)比输出电压高了14 V，可以保证MOSFET良好导通，降低热耗和压差。

　　图5 正常工作波形