熱插拔保護電路通常用於服務器
、網絡交換機、以yi及ji其qi他ta形xing式shi的de通tong信xin基ji礎chu設she施shi等deng高gao可ke用yong性xing係xi統tong。這zhe種zhong係xi統tong通tong常chang需xu要yao在zai帶dai電dian狀zhuang態tai下xia替ti換huan發fa生sheng故gu障zhang的de電dian路lu板ban或huo模mo塊kuai，而er係xi統tong照zhao樣yang維wei持chi正zheng常chang運yun轉zhuan，這zhe個ge過guo程cheng稱cheng為wei熱re插cha拔ba（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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