Pradeep Shenoy

电源转换器的设计通常可以防止发生不必要的故障情形。例如，如果转换器输出上消耗过多电流，则可能会触发过流保护。如果转换器的输出端子意外短接在一起，或者负载电流超过设计的最大电流，则过流保护会起作用。其他常见故障情况包括超过热关断触发点（过热）和输出电压超出范围（过压或欠压）。

断续是一种常用的故障响应方式。电源转换器将自行关闭，等待一段时间（例如 30ms），然后自动重启。图 1 展示了此响应的示例，其同时测量输出电压和电感器电流。断续故障响应让系统无需外部干预即可恢复，还有助于降低在输出短路情况下产生的功耗和热量。

有时并不需要断续响应。您可能想用一个中央控制器以更复杂或精密的方式管理故障响应。某些系统内置了冗余，想要完全关闭故障子系统，以确保不干扰正常运行的子系统。在这些情况下，所需的故障响应是闭锁出现故障的电源转换器。除非对使能 (EN) 引脚或电源电压下电上电来复位锁存器，否则闭锁电源转换器将阻止电源转换器重启。有些器件（如 TPS53511）具有内置的闭锁响应，但大多数器件没有。

可以通过简单的设置/复位 (SR) 锁存电路为电源转换器添加闭锁故障响应。图 2 展示了 SR 锁存器及其真值表。在本示例中，SR 锁存器的输入为低电平有效。这意味着当输入为高电平时，输出 Q 和 Q-Bar 不会发生变化。如果设置输入变为低电平，Q 将被设为高电平 (1)。如果复位输入变为低电平，Q 将为低电平 (0)。如果两个输入都为低电平，则输出为不确定状态，通常应避免这种情况。添加逻辑门可以避免这种情况。

图 2 简要说明了实现锁存电路的方法。许多电源转换器和监控电路都具有电源正常 (PGOOD) 输出。如果转换器出现故障，PGOOD 信号将拉至低电平，指示转换器出现问题。当 PGOOD 信号变为低电平时，锁存电路的输出 (Q) 将变为高电平，进而将转换器的 EN 引脚拉至低电平。当 EN 引脚变为低电平时，转换器将关闭，并不会自行重启。发送到锁存器的复位信号会重新启动转换器并使 Q 输出变为低电平，进而使 EN 引脚变为高电平。包含的反相器让连接更简单；这些反相器采用开漏金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 实现。

要确保转换器即使在 PGOOD 信号为低电平时也能够正确启动或重启，则需要将锁存电路设为“复位主导”。换句话说，当设置和复位输入均为低电平时，复位输入将起主导作用，从而使 Q 输出变为低电平。图 4 展示了仅使用与非门的简化实现，其中包含相应的真值表。可使用两个双通道与非门 SN74AUP2G00 集成电路 (IC) 或一个四通道与非门 SN74HC00 IC 来创建此电路。

图 4 展示了闭锁电路的总体实现。电源转换器的 PGOOD 引脚使用外部电阻器（连接至 3.3V）拉至高电平。每当发生故障时，连接到 PGOOD 的开漏 MOSFET 都会将 S-bar 输入拉至锁存低电平。然后 Q 输出变为高电平，从而开启 MOSFET S1。EN 引脚拉至低电平，进而关闭转换器并防止断续自动重启。当转换器输入电压轨 (PVIN) 斜升时，通过寄生栅漏极电容 (C_gd) 的电容耦合会上拉 S1 的栅极并将其打开。S1 栅极上的下拉电阻有助于确保 S1 不会不经意导通。

SR 锁存器的 R-Bar 输入通过 100kΩ 电阻拉至高电平。只要向 S2 的栅极提供复位信号，开漏 MOSFET S2 就可以将 R-Bar 信号拉至低电平。电容器（C，与 S2 并联）形成一个带有上拉电阻器 R 的延迟电路。在本例中，延迟的 RC 时间常数约为 47ms。该延迟是可调的，以确保 R-Bar 输入在启动期间保持低电平。R-Bar 的慢速边沿速率可能会因过多的电流消耗而损坏某些互补金属氧化物半导体 (CMOS) 与非门的输入。然而，SN74AUP2G00 门不会因此而损坏，这是因为其驱动器相对较弱。

另一种方法是使用施密特触发输入与非门，或在 R-Bar 输入添加施密特触发缓冲器。在第三种方案中，开关 S2 可连续导通以在启动期间将 R-Bar 拉至低电平，并可通过调整 R 和 C 值来减小或完全消除 RC 延迟。

可在需要闭锁故障响应的各种电源转换器应用中使用此处所述的电路。闭锁电路使用很少的简单元件和逻辑门便可实现灵活可靠的解决方案。

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