升压转换器短路怎么办？4种短路保护方法详解
升压转换器短路怎么办？4种短路保护方法详解
升压转换器在电子设备中广泛应用，但其输出端短路可能导致严重故障。本文总结了四种短路保护方法，包括使用MOS管、负载开关、具有内置保护开关的升压转换器集成电路和保险丝，帮助工程师和DIY爱好者有效保护电路。
升压转换器能够产生高于输入电压的输出电压，广泛应用于多个场景：
- 在锂电池组中产生5V充电端口
- 生产智能手机中的电源轨
- 驱动LED或手电筒中的串联LED
- 基于Arduino的项目中的电压调节器
- 利用单节锂电池产生高电压来运行电机
下图为升压转换器的简化原理图，由电容、电感、MOS管和二极管构成的简单电路。通过控制占空比或MOS管导通的时间百分比，通过闭合反馈环路来控制输出。
升压转换器的简化原理图
这里必须要注意，如果升压转换器的输出端短路接地，则输入电压会通过电感和二极管短路接地，除了导线电阻和附加到输入电压的电源电流限制之外，没有其他因素限制流过的电流。如果不采取措施保护升压转换器，就有可能会出现故障，并导致二极管、电感走线着火、熔化或者出现其他类型的灾难性故障。
这里说的关于保护策略是在电源和升压转换器之间引入一个开关，用于在发生短路负载情况时将升压转换器与电源断开。该开关可以实现为MOS管、负载开关、具有内置保护开关的升压转换器集成电路或者保险丝。
1. 使用MOS管进行保护
N沟道MOS管
MOS管可能需要额外的电路来偏置栅极。N沟道MOS管要求其栅极电压高于其源极端子。这可能需要栅极驱动器IC或者电荷泵。
升压转换器的简化原理图，在电源和升压转换器输入之间具有一个用于短路保护的n沟道MOSFET
P沟道MOS管
P沟道MOS管要求将栅极拉至其源极端子以下，如果输入电压足够高，P沟道MOS管的栅极可以打开MOS管。
升压转换器的简化原理图，在电源和升压转换器输入之间具有用于短路保护的p沟道MOSFET
因此使用P沟道MOS管可能是最简单和最容易的选择。请注意，在两个原理图中，NOS管体二极管都从升压转换器指向电源，因此除非MOS管导通，否则电流会被阻断。为此应用MOS时，漏源电压额定值、RDS（ON）和栅极电压阈值是需要考虑的重要数据。漏源电压额定值应比最大输入电压高几个电压。通态电阻应该足够低，不会产生许多损失。栅极阈值电压应该足够低，这样的话可以方便MOS管轻松开启和关闭。
2. 使用负载开关
负载开关是集成附加电路的功率MOS管，其功能可能包括偏置MOS栅极的电荷泵和电平转换器。以及在电流过大时关闭开关的过流保护功能。
与使用MOS相比，使用负载开关具有以下优点：
- 减少BOM数量
- 减少PCB占地面积
- 降低设计的复杂性，因此不需要添加额外的控制电路。
升压转换器的简化原理图，其输入端带有用于短路保护的负载开关
3. 使用具有内置保护功能的升压转换器IC
实用的升压转换器由调节功率转换的集成电路控制，其中一些升压转换器控制电路具有内置保护机制，例如负载开关，使用具有内置保护功能的控制器可简化设计，减少BOM数量并减少PCB占地面积。具有保护功能的升压转换器IC的包括：LM4510和TPS61080。
4. 使用保险丝
可以在升压转换器的输入或输出上放置保险丝，以防止出现短路负载情况。有关如何完成操作的示例，请看下图。
升压转换器输入或输出上的保险丝保护
请注意，负载开关和MOSFET保护电路也可以放置在升压转换器输出和负载之间，如图所示的熔断器保护电路。
这里还是建议使用上面的其他办法，因为带保险丝的设计比较麻烦。如果发生短路，保险丝将熔断并必须更换。如果转换器正常工作，使用额外保护MOS关、负载开关或者集成保护电路构建的电路将不需要更换任何组件。这样的话可以节省更换烧毁保险丝的时间和钱。