手持设备中升压DC/DC转换器可靠性设计

短路保护功能

电池作为手持设备中的电源，通常直接给升压DC/DC转换器供电。由于升压DC/DC转化器本身拓扑结构的缺陷，从电池到负载始终有一条电流通路，如图1所示。一旦负载短路到地(GND),短路产生的大电流就有可能毁坏升压转化电路、电池、电感、肖特基二极管等电路元器件。一般的设计思路是在升压电路前端设置一个保险丝，与升压DC/DC转换器共同组成升压电路。为了节约电路元器件成本和电路版图面积，德州仪器的升压DC/DC转换器TPS61080/1集成了一个MOS管。该MOS管可以取代传统的保险丝，起到短路保护的功能。  


  
TPS61080/1的结构框图如图1所示，MOS管与输入端VIN和电感一端L相连接。负载短路到地时，输出电压会迅速下降；当输出电压小于输入电压1.4V并持续13ms，MOS管会被触发而自动关闭，起到输入与输出的完全隔离和保护电路的功能。该MOS管也可称作隔离管。因为该管还有一个作用：当转换器关闭时隔离管会隔离输入输出，从而避免电池由电感和二极管形成的漏电通路进行不必要的放电，增加了电池的巡航时间。考虑到转换器启动时，输出电压低于输入电压，所以该触发条件在芯片启动时被延长至2ms。当短路保护启动后，TPS61080/1需要重新启动才能工作。

另外的短路情况也可能在使用中发生，即DC/DC器件引脚与地的短路、引脚与引脚之间的短路。这类情况都会使电路从电池那里瞬间获取巨大的电流。因为隔离管直接与电池电源连接，所以由短路引起的大电流势必流过隔离管。当该大电流达到短路保护电流参数值时，隔离MOS管被触发而自动关闭57ms。如果短路机制仍然存在，57ms后TPS61080/1会永久关闭。只有通过重新启动才能使TPS61080/1再次正常工作。与上述触发方式一起， TPS61080/1的隔离MOS管提供了高效的短路保护，防止短路造成对电路器件的破坏。

输出过压保护

输出过压保护在电子产品使用过程中很少起作用，但是在产品测试阶段却非常有用。很多升压DC/DC转换器会被用作白光LED灯的驱动，用于手持设备的屏幕背光源。在产品测试的某些阶段，驱动电路不一定和屏幕相连接，造成电路负载开路情况。此时若没有过压保护功能，转换器的输出电容上的电压就会持续上升，造成转换器和输出电容的损坏。

大部分升压DC/DC转换器在输出端有个检测电路。一旦输出电压超过最大输出额定值，转换器会暂时关闭，使得输出电压下降。电压降低到最大输出额定值以下某一数值，转换器又会自动启动。如果电路一直处于负载开路状态，输出电压将呈现三角波形。这有利于手持设备产品测试时的监测。TPS61080/1具有相同功能的输出过压保护。

过热保护

基于成本和面积的考虑，手持设备中的DC/DC转化电路都采用集成MOS开关管的转换器芯片。并且迷你型的潮流使得产品内部空间变得越来越小，相应的电路线路板设计也变得越来越紧凑，元器件的散热也变得至关重要。为了保护自身，所有转换器芯片都会有过热保护功能。器件如果在使用过程中自身温度过高，转换器会自动停止工作并等待温度降低到额定工作温度范围。

软启动

软启动的作用在于防止转换器启动时产生的瞬间大电流。如果没有软启动，瞬间大电流会造成电池电压低于工作额定电压。手持设备系统会实时监测电池电压，当电压低于工作额定电压时，系统报警并关闭整个系统。在启动阶段，升压DC/DC转换器会对输出电容充电，使其快速达到目标电压，该阶段对电池电流会有很大的需求。为了避免在启动阶段对电池电压过大的冲击，转换器内部会有软启动机制，限制启动时的输入电流，延长启动时间，保证启动阶段的电路平稳运行。

相比其他升压DC/DC转换器，TPS61080/1提供了更加灵活的软启动功能。如图1所示，芯片的SS引脚以及相连的电容可以设置软启动的时间。时间越长，启动时的输入电流越小。具体电流计算可以参考TPS61080/1的数据手册。灵活的软启动功能使得TPS61080/1可以适应不同升压电路的启动要求。

上述在升压DC/DC转换器中的四种保护功能，能够使得电源设计变得更加可靠，更加安全。