如何锁定具有打嗝故障响应的电源转换器

　　电源转换器通常设计用于防止不希望出现的故障情况。例如，如果转换器输出上的电流过大，则可能会启用过流保护。如果转换器的输出端子意外短路或负载电流超过设计的最大电流，这将很有帮助。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）。

　　应对故障的一种流行方式称为打嗝。电源转换器将自行关闭，等待一段时间（例如 30 毫秒），然后自动重新启动。图 1显示了这种响应的一个示例，测量了输出电压和电感电流。打嗝故障响应使系统有机会在没有外部干预的情况下恢复。它还有助于在输出短路的情况下减少功耗和产生的热量。

　　图 1过流情况下的打嗝故障响应

　　有时不需要打嗝反应。也许您希望中央控制器以更复杂或更复杂的方式管理故障响应。一些系统具有内置冗余，并希望完全关闭故障子系统，以确保它们不会干扰正常运行的子系统。在这些情况下，所需的故障响应可能是锁定故障电源转换器。锁存电源转换器将防止其重新启动，除非启用 (EN) 引脚或电源电压被循环以重置锁存器。某些器件（例如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) 锁存电路向电源转换器添加锁存故障响应。图 2显示了一个 SR 锁存器及其真值表。在本例中，SR 锁存器具有低电平有效输入。这意味着当输入为高时，输出 Q 和 Q-Bar 不会改变。如果设置输入变低，Q 将设置为高 (1)。如果复位变低，Q 将变低 (0)。如果两个输入都低，则输出处于未确定状态，通常应避免这种情况。额外的逻辑门可以克服这种情况。

　　图 2具有低电平有效输入的 SR 锁存器和相应的真值表

　　图 3说明了实现锁存电路的高级方法。许多电源转换器和监控电路具有电源良好 (PGOOD) 输出。如果转换器出现故障，PGOOD信号会拉低，表示转换器有问题。当 PGOOD 信号变低时，锁存电路 (Q) 的输出将变高，进而将转换器的 EN 引脚拉低。当 EN 引脚变为低电平时，转换器将关闭，并且不会自行重启。发送到锁存器的复位信号重新启动转换器并使 Q 输出变为低电平，这反过来又使 EN 引脚变为高电平。包括逆变器以使接口更简单；它们采用开漏金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 实现。

　　图 3锁存器电路概述和示例信号图

　　您要确保即使在 PGOOD 信号为低电平时转换器也能正确启动或重新启动；因此，您需要以复位为主的锁存电路。换言之，当置位和复位输入均为低电平时，复位输入将占主导地位，导致 Q 输出为低电平。图 4显示了仅使用 NAND 门的简化实现以及相应的真值表。可以使用两个双与非门 SN74AUP2G00 集成电路 (IC) 或一个四与非门 SN74HC00 IC 创建此电路。

　　图 4使用 NAND 门的复位主导锁存电路和相应的真值表

　　图 5显示了闭锁电路的整体实现。电源转换器的 PGOOD 引脚使用外部电阻器拉高（至 3.3 V）。每当发生故障时，连接到 PGOOD 的开漏 MOSFET 会将 S-bar 输入拉至低电平。然后 Q 输出变为高电平，打开 MOSFET S1。EN 引脚拉低，从而关闭转换器并防止打嗝自动重启。当转换器输入电压轨 (PVIN) 上升时，通过寄生栅漏电容 (Cgd) 的电容耦合可能会拉高 S1 的栅极并将其打开。S1 栅极上的下拉电阻可能有助于确保 S1 不会意外开启。

　　图 5可复位闭锁电路

　　SR 锁存器的 R-Bar 输入通过 100kΩ 电阻器拉高。每当向 S2 的栅极提供复位信号时，开漏 MOSFET S2 可以将 R-Bar 信号拉低。电容器（C，与 S2 并联）与上拉电阻 R 形成延迟电路。在本例中，延迟的 RC 时间常数约为 47 ms。此延迟是可调的，以确保 R-Bar 输入在启动期间保持低电平。由于电流消耗过大，R-Bar 上缓慢的边沿速率可能会损坏某些互补金属氧化物半导体 (CMOS) 与非门的输入。然而，SN74AUP2G00 的门不会因此受到损坏，因为它们的驱动器相对较弱。

　　另一种方法是使用施密特触发器输入与非门或在 R-Bar 输入端添加施密特触发器缓冲器。在第三种选择中，可以在启动期间连续打开开关 S2 以将 R-Bar 拉低，并且可以通过调整 R 和 C 值来减少或完全消除 RC 延迟。

　　可以将此处描述的电路用于需要闭锁故障响应的各种电源转换器应用中。闭锁电路使用几个简单的组件和逻辑门来实现灵活、稳健的解决方案。