熱插拔保護電路通常用於服務器、網絡交換機
、yijiqitaxingshidetongxinjichusheshidenggaokeyongxingxitong。zhezhongxitongtongchangxuyaozaidaidianzhuangtaixiatihuanfashengguzhangdedianlubanhuomokuai
，erxitongzhaoyangweichizhengchangyunzhuan，zhegeguochengchengweirechaba（Hot Swapping）。本文將闡述熱插拔控製器的另一種用法，利用熱插拔保護電路具有的過流和短路保護功能
，解決開關直流升壓電路的輸出端保護問題。

1 開關直流升壓電路的基本原理

開關直流升壓電路（The Boost Converter或者Step-up Converter）
，是一種開關直流升壓電路。輸出電壓高於輸入電壓，輸出電壓極性不變，基本電路圖如圖1所示。


開關管導通時，電源經由電感-開關管形成回路，電流在電感中轉化為磁能貯存；開關管關斷時，電感中的磁能轉化為電能在電感端左負右正
，此電壓疊加在電源正端，經由二極管-負載形成回路，完成升壓功能。

輸(shu)出(chu)過(guo)流(liu)時(shi)，電(dian)路(lu)會(hui)采(cai)樣(yang)開(kai)關(guan)管(guan)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)
，減(jian)小(xiao)占(zhan)空(kong)比(bi)，導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)。當(dang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)降(jiang)到(dao)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)時(shi)
，過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)不(bu)再(zai)受(shou)控(kong)，保(bao)護(hu)失(shi)效(xiao)。另(ling)外(wai)輸(shu)出(chu)過(guo)流(liu)點(dian)還(hai)會(hui)隨(sui)著(zhe)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)升(sheng)高(gao)而(er)變(bian)大(da)。當(dang)輸(shu)出(chu)短(duan)路(lu)時(shi)

，輸(shu)入(ru)電(dian)源(yuan)會(hui)通(tong)過(guo)電(dian)感(gan)、升壓二極管形成短路回路，導致電源故障。BOOST電路還有一個缺陷是不方便控製關閉輸出，當控製芯片關閉
，開關管截止時，輸出仍然有電壓，不像BUCK電路，很方便的將輸出電壓降到0 V.

2 熱插拔控製器的基本原理

熱插拔（Hot-Plugging或Hot Swap）jidaidianchaba

，rechabagongnengjiushiyunxuyonghuzaibuguanbixitong，buqieduandianyuandeqingkuangxiaquchuhegenghuansunhuaidedianyuanhuobankadengbujian，congertigaolexitongduizainandejishihuifunengli、擴kuo展zhan性xing和he靈ling活huo性xing。如ru果guo沒mei有you熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi，負fu載zai端duan的de模mo塊kuai插cha拔ba時shi
，會hui對dui電dian源yuan產chan生sheng浪lang湧yong電dian流liu的de衝chong擊ji，影ying響xiang電dian壓ya的de穩wen定ding與yu電dian源yuan的de可ke靠kao性xing。這zhe個ge問wen題ti可ke通tong過guo熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi來lai解jie決jue
，熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi能neng合he理li控kong製zhi浪lang湧yong電dian流liu，確que保bao安an全quan上shang電dian間jian隔ge。上shang電dian後hou，熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi還hai能neng持chi續xu監jian控kong電dian源yuan電dian流liu，在zai正zheng常chang工gong作zuo過guo程cheng中zhong避bi免mian短duan路lu和he過guo流liu。

3 關鍵電路設計與實例

3.1電源要求

電源實例如圖2所示，其中的電源輸入9~18 V，額定輸出28 V/1.2 A，過流保護1.5 A.


3.2電路簡介

這是一款用了TPS2491熱插拔控製芯片的升壓電路
，帶有輸出過流短路保護，當遙控端CTL接地時，電源進入待機模式
，輸出為零。

熱插拔控製器包括用作電源控製主開關的N溝道MOSFET

、測量電流的檢測電阻以及熱插拔控製器TPS2491三個主要元件，如上圖2所示。熱插拔控製器用於實現控製MOSFET導通電流的環路，其中包含一個電流檢測比較器。電流檢測比較器用於監控外部檢測電阻上的電壓降。當流過檢測電阻上產生50 mV以上電壓的電流將導致比較器指示過流

，關閉MOSFET.TPS2491具有軟啟動功能，其中過流基準電壓線性上升，而不是突然開啟，這使得負載電流也以類似方式跟著變化。
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TPS2491內部集成了比較器及參考電壓構成的開啟電路用於使能輸出。比較器的開啟電壓為1.35 V，關閉電壓1.25 V
，有0.1 V的滯差保證工作的穩定。通過分壓電阻精確設定了使能控製器所必須達到的電源電壓。器件一旦使能，MOSFET柵極就開始充電
，這種電路所使用的N溝道MOSFET的柵極電壓必須高於源極。為了在整個電源電壓（VCC）範圍內實現這個條件，熱插拔控製器集成了一個電荷泵，能夠將GATE引腳的電壓維持在比VCC還高10 V的水平。必要時
，GATE引腳需要電荷泵上拉電流來使能MOSFET，並需要下拉電流來禁用MOSFET.較弱的下拉電流用於調節

，較強的下拉電流則用於在短路情況下快速關閉MOSFET.

熱插拔控製器還有一個模塊為定時器
，它限製過流情況下電流的調節時間。選用的MOSFET能在指定的最長時間內承受一定的功率。MOSFET製造商使用圖3標出這個範圍，或稱作安全工作區（SOA）。


定時器還決定控製器自動重啟的時間
，故障導致關閉MOSFET
，經過16個振蕩周期後，芯片重新使能輸出。

3.3設計過程

（4）選擇CT

選擇合適的電容，保證輸出啟動時能完成輸出電容的充電且不引起故障保護的動作。

（5）選擇使能啟動電壓

EN端啟動電壓為1.35 V，關閉電壓為1.25 V.利用此引腳
，可以做輸入欠壓保護；設計分壓電阻為240 kΩ和13 kΩ，開啟電壓為26.3 V，在24.3 V時關閉。

（6）其他參數

GATE驅動電阻，為了抑製高頻振蕩，通常取10Ω；PG端上拉電阻，保證吸收電流小於2 mA
，在本設計中不需要，懸空處理；Vcc端旁路電容，取0.1μF.

電源使能端串聯一個二極管BAV70，低電平時可以關閉升壓電路和電源輸出。
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4 測試結果和各測試點的工作波形

測試結果為過流保護動作點：1.45 A；輸出長期短路無損壞
，短路去除恢複輸出；遙控端使能工作正常。

上電時各個測試點波形如圖4所示。


圖4中CH2是升壓後的電壓，當輸入加電，升壓電路立即工作，很快達到28 V.為了防止後極負載的浪湧電流對MOSFET的衝擊
，可以看到驅動電壓（CH1）是緩慢上升的
，輸出電壓（CH3）也是跟隨緩慢上升。在啟動過程中
，很明顯看到MOSFET的驅動電壓不高，MOSFET工作於線性區，同樣可以抑製輸出端電流的增大，有效保護MOSFET在啟動過程中不過載。

正常工作時的各點電壓如圖5所示。由圖5可以看到，正常工作時
，輸出電壓（CH3）等於升壓後的電壓（CH2），MOSFET驅動電壓（CH1）比輸出電壓高了14 V
，可以保證MOSFET良好導通
，降低熱耗和壓差。


當負載過流或短路時的波形如圖6所示。由圖6可以看到
，當輸出過流或短路時，MOSFET驅動電壓（CH1）迅速下降
，導致輸出電壓（CH3）跟著下降，有效的保護電源的安全。經過2 sdezhongqizhouqihou
，qudongdianyayougexiaoxiaodeshitandianya，ruguoguzhangrengrancunzai，zhongqibuchenggong，qudongdianyayouhuifudaoling。fanzhizhongqichenggong
，zhengchangshuchu。rutu7所示。

實踐證明，基於TPS2491熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi的de保bao護hu控kong製zhi電dian路lu具ju有you電dian路lu簡jian單dan可ke靠kao，應ying用yong方fang便bian的de特te點dian。本ben電dian路lu應ying用yong於yu開kai關guan直zhi流liu升sheng壓ya電dian路lu中zhong，完wan美mei解jie決jue了le原yuan來lai沒mei有you輸shu出chu過guo流liu短duan路lu保bao護hu以yi及ji不bu能neng遙yao控kong輸shu出chu的de缺que陷xian
，收shou到dao了le良liang好hao效xiao果guo。

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