中心議題：

• TOPSwitch-HX控製器對電源線路的保護

解決方案：

• 輸入欠壓和過壓的保護
• 輸出短路和過載的保護
• 芯片的過熱保護

對dui於yu設she計ji師shi而er言yan，在zai新xin產chan品pin發fa布bu到dao之zhi前qian，預yu測ce其qi現xian場chang可ke靠kao性xing是shi非fei常chang困kun難nan的de。但dan一yi旦dan發fa生sheng未wei預yu期qi的de嚴yan重zhong現xian場chang故gu障zhang
，則ze說shuo明ming設she計ji師shi的de設she計ji是shi失shi敗bai的de。然ran而er，即ji使shi沒mei有you發fa生sheng任ren何he現xian場chang故gu障zhang
，仍reng需xu要yao回hui答da以yi下xia問wen題ti：設(she)計(ji)師(shi)是(shi)否(fou)對(dui)產(chan)品(pin)進(jin)行(xing)了(le)餘(yu)量(liang)設(she)計(ji)？這(zhe)需(xu)要(yao)采(cai)取(qu)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)，以(yi)避(bi)免(mian)內(nei)建(jian)的(de)產(chan)品(pin)可(ke)靠(kao)性(xing)所(suo)承(cheng)擔(dan)的(de)成(cheng)本(ben)代(dai)價(jia)，從(cong)而(er)消(xiao)除(chu)設(she)計(ji)中(zhong)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)猜(cai)測(ce)工(gong)作(zuo)。

zaikekaoxingfangmian，zuiguanjiandexitongyuanjiantongchangshidianyuan。dianyuanguzhangwangwanghuidaozhixitongguanbi，dantasuozaochengdebulianghouguoyuanbuzhizheyidian。ruguodianyuanguzhanghaizaochengfuzaisunhuaidehua，nameguzhangdechengbenjiangyuangaoyudianyuanbenshendechengben。youyudianyuanzhijielianjiejiaoliushidian
，ershidianshishejishiwufakongzhidegaonengxitong，yincidianyuanfeichangrongyishousun。shidianyoushihuizaoyugonglvtuzeng
，fashengweixiandegaoyajianfengheshunbian。fuzaizishenhuichanshengguzhang，zaochengguozaihuoduanluqingkuang。sanrefengshanhuifashengzusaihuobeizhedang

，daozhizhenggexitongwenduguogao。

電源設計工程師必須實現性能規格及成本目標，同時確保耐用性和可靠性。在麵臨元件容差、生產變量以及須待解決的諸多危險因素時，實現上述目標可是件極其艱巨的任務。不過，隨著電源控製IC技術的不斷提升，設計工程師的壓力可以得到大大緩解。下麵的設計範例可以充分說明這一點，這款反激式轉換器使用PowerIntegrations的TOPSwitch-HX控製器/功率IC設計而成。

TOPSwitch-HX將一個700V的功率MOSFET、高壓開關啟動電流源、多模式PWM控製器、振蕩器、熱關斷保護電路

、故障保護電路及其他控製電路集成在一個單片器件內
，使設計師可以設計出功能完備的電源，並且隻需極少的外圍元件。

圖1所示為一款完整的開關電源，適用於打印機和采用電機或傳動器的輕工業應用。該電源可以提供恒定的30W(42V)電流
，峰值負載為84W

，並且無須外部散熱片。該電路的峰值負載能力可以使合適尺寸（用以支持連續負載）的元件提供電機啟動時所需的高電流。該設計具有顯著的尺寸、成本和重量優勢

，並且絲毫不會降低可靠性。


TOPSwitch-HX(U1)集成了用戶自定義保護功能


，可在輸入欠壓、過(guo)壓(ya)及(ji)輸(shu)出(chu)過(guo)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)避(bi)免(mian)電(dian)源(yuan)及(ji)負(fu)載(zai)受(shou)損(sun)。熱(re)關(guan)斷(duan)功(gong)能(neng)具(ju)有(you)自(zi)動(dong)恢(hui)複(fu)特(te)性(xing)
，自(zi)動(dong)重(zhong)啟(qi)動(dong)功(gong)能(neng)可(ke)防(fang)止(zhi)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)和(he)反(fan)饋(kui)開(kai)環(huan)。這(zhe)些(xie)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)實(shi)現(xian)方(fang)式(shi)將(jiang)在(zai)下(xia)麵(mian)介(jie)紹(shao)。
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輸入保護

欠壓和過壓保護功能的控製是通過電壓監測(V)輸入提供的。輸入欠壓保護可防止通電及斷電時輸出的不良波動，輸入過壓保護可確保係統能耐受高達700V的輸入浪湧電壓而不會造成任何損壞。R2通過由V輸入控製的鎖存關斷功能來提供輸入欠壓及過壓保護。如果經整流後的直流高壓的電壓值低於欠壓閾值，U1的開關將被禁止並保持關斷

，直至達到指定的工作電壓。同樣，如果電壓值超過輸入過壓閾值，U1將立即停止開關。當MOSFET關斷時，由於沒有反射電壓和漏感尖峰電壓疊加到漏極，經整流的直流高壓抗浪湧衝擊能力將提高100～200V
，達到內部700VMOSFET的額定電壓值。

設計師經常擔心的電路元件是功率MOSFET。與市場上其他許多額定值為600V的MOSFET相比，U1中集成功率MOSFET的700V源極可提供額外的裕量。U1采用限流點降低及輸入電壓升高來限製過載期間的漏電能量。這樣可使由R3、R4、C4及D5組成的簡單緩衝吸收電路對功率MOSFET提供全麵保護。此外
，U1中zhong所suo集ji成cheng的de快kuai速su輸shu入ru過guo壓ya抑yi製zhi電dian路lu
，可ke在zai檢jian測ce到dao輸shu入ru電dian壓ya瞬shun變bian時shi禁jin止zhi開kai關guan。由you於yu能neng夠gou對dui輸shu入ru差cha模mo浪lang湧yong提ti供gong上shang述shu雙shuang重zhong保bao護hu，因yin此ci可ke以yi省sheng去qu常chang用yong於yu提ti供gong輸shu入ru保bao護hu的de金jin屬shu氧yang化hua物wu壓ya敏min電dian阻zu(MOV)，同時不會降低電源可靠性。

輸出保護

為確保負載的安全性

，應提供輸出過壓保護。如果電源反饋環路中的元件發生故障（如光耦器），則可能會產生危險的高輸出電壓。TOPSwitch-HX中包含集成的輸出過壓及過功率保護電路。一旦因輸出過載或開環故障導致C6上的偏置繞組輸出電壓升高，VR1將導通並使電流流入V引腳，從而觸發鎖存關斷。為了防止因短時間過載而引起錯誤觸發，可在VR1與C6之間實施簡單的RC延遲電路。

輸出過載保護是一項必備功能
，特別是在驅動電機的應用中。在輸出過載故障條件下（如電機停轉），控製器不得提供這種可損壞負載的電流，或者不得損壞電源內的元件。在U1中，這種保護是通過控製功率因數(I2f)和通過利用X引腳輸入控製限流點來實現的。在反激式轉換器中，輸出功率是LI2f的函數，其中，L是初級電感值，I是峰值初級電流，f是開關頻率。將I2f合並到單個數據手冊參數中後，與I和f為wei獨du立li變bian量liang時shi的de設she計ji值zhi相xiang比bi
，給gei定ding輸shu出chu功gong率lv所suo需xu的de電dian感gan值zhi將jiang減jian小xiao。這zhe樣yang會hui減jian小xiao在zai最zui低di輸shu入ru電dian壓ya的de最zui差cha條tiao件jian下xia提ti供gong滿man功gong率lv所suo需xu的de初chu級ji電dian感gan值zhi。X引腳允許在外部設定器件限流點，還可以使用兩個電阻對X引腳進行配置
，以降低限流點並提高輸入電壓。這樣可以拉平將會出現的過載功率隨輸入電壓變化的曲線。

過熱保護

U1中的過熱保護由精密的模擬電路提供，當結溫超過熱關斷溫度（典型值142℃）時
，該電路就關斷輸出MOSFET；當結溫冷卻到遲滯溫度以下時，該電路將重新恢複正常工作。采用75℃（典型值）的遲滯可防止因持續故障而使PC板出現過熱現象。通過將U1設計為溫度最高的元件，這種內部過熱關斷功能還可以對整個電源提供過熱保護。

使(shi)用(yong)分(fen)立(li)元(yuan)件(jian)來(lai)實(shi)現(xian)上(shang)述(shu)多(duo)種(zhong)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)的(de)內(nei)建(jian)是(shi)件(jian)非(fei)常(chang)困(kun)難(nan)且(qie)費(fei)用(yong)昂(ang)貴(gui)的(de)事(shi)情(qing)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)解(jie)決(jue)與(yu)器(qi)件(jian)容(rong)差(cha)相(xiang)關(guan)的(de)問(wen)題(ti)時(shi)。對(dui)於(yu)低(di)成(cheng)本(ben)或(huo)空(kong)間(jian)受(shou)限(xian)的(de)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，這(zhe)些(xie)困(kun)難(nan)又(you)會(hui)使(shi)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)齊(qi)備(bei)的(de)電(dian)路(lu)的(de)尺(chi)寸(cun)和(he)成(cheng)本(ben)成(cheng)為(wei)實(shi)現(xian)設(she)計(ji)的(de)嚴(yan)重(zhong)障(zhang)礙(ai)。而(er)開(kai)關(guan)IC（如TOPSwitch-HX）內所集成的保護功能，可以使設計師集中精力設計具有成本優勢的高性能產品，並有信心確保其完全可靠。