SCT12A1输出短路保护设计

发布时间:2021-12-29

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1 升压转换器不可避免的直流通路及其在应用中影响

开关型升压转换器电路（Figure 1）包括开关管Q1，续流管Q2，储能器件电感L，输出电容Cout。在一个开关周期里，当开关管Q1闭合的时候，续流管Q2关断，输出电容Cout存储的电荷与前级电感L和开关管Q1断开，对后级电路放电。电感L，开关管Q1形成独立回路。电源对电感充电，电感L储能。开关管Q1断开，由于电感的电流方向不能突变，电流继续从电感近输入端一侧流向输出端侧，续流管Q2导通，此时，电感和电源的极性一致，给输出电容充电。

图 1. BOOST基本结构

在BOOST升压转换器停止工作的状态下，一旦存在输入电压，从输入端经电感L，再经续流管Q2体直至输出端，存在一个不可避免的电流通路。由于这个通路的存在，即便转换器在停止工作状态下，输出端依旧有电压存在，既输入电压。也就是常说的负载未完全断开。在使用升压型转换器的终端设备中，负载的未完全断开会增加整个系统关机状态下的功耗。对于电池供电的移动设备，关机状态下的功耗会降低一次充电下电池的续航时间。同时，由于输出端在关机状态下始终有电压存在，一旦发生输出端短路，输入端与地之间形成直接通路，瞬间产生巨大电流，但又不能通过关机的方式来保护整个系统，进而损坏转换器和输出端负载。

2 SCT12A1的输出短路保护原理(芯洲科技发明专利)

针对BOOST存在不可控电流路径的问题，SCT12A1提供了如下解决方案。如Figure 2所示，在转换器输出和负载端之间插入P型MOSFET来断开负载并提供输出端短路保护。P型MOSFET的源极连接到SCT12A1的VOUT引脚。VOUT引脚端需要输出电容以维持控制回路的稳定性。连接ENPGATEZ引脚到地，启用SCT12A1负载断开保护功能。连接到栅极Q3的PGATE具有恒定抽电流能力和上拉能力。SCT12A1启动时，内部电路控制P沟道MOSFET软启动以减小启动时浪涌输入电流。当外部P型MOSFET栅极源极电压差低于阈值电压，Q3打开，负载连接到VOUT引脚。P沟道MOSFET完全打开时，栅源钳位电压是8V。

如Figure 2所示，SCT12A1在内部上管Q2导通时，通过检测流过Q2电流来判断是否负载电流过流或者输出对地短路。当上管Q2检测到电流过流，SS引脚对地放电，外部的P沟道MOSFET立即关断。负载与VOUT输出完全断开。当上管Q2关断，SCT12A1比较VIN和VOUT压差，如果输出电压低于输入电压1V，SCT12A1切断外部Q3，立即断开负载。

图 2. 负载断开控制以及输出短路保护原理图

当检测到输出对地短路时，SCT12A1通过打嗝工作模式最大限度地降低功耗。例如，当内部Q2的过电流触发负载断开保护，SS引脚复位，升压转换器停止工作。当SS引脚再次充电达到1.2V，转换器恢复正常开关，并开通Q3。当故障消除后， SCT12A1自动恢复正常工作。SCT12A1的打嗝保护，并提供可变的打嗝时间。用户可以通过外部引脚SS电容进行调节，详细设置将在下一节介绍。