如何为同步升压控制器添加过压保护

1.前言

过压保护电路(OVP)为下游电路提供保护，使其免受过高电压的损坏。

撬棍电路对电源进行短路或钳位，限制电源电压，并触发可能的保护功能，如：保险丝。
串联开关则利用MOSFET或晶体管作为开关元件串行连接在电源线上，发生过压时，OVP电路迅速关闭MOSFET，断开与下游电路的连接。

尽管大多数同步升压控制器中都存在逐周期限流功能，但有时工程师会在紧急情况下添加输出过压保护 (OVP) 以保护分立电路。在这篇文章中，我将向我们展示如何以极低的成本实现准确的输出 OVP。虽然我将使用 LM5122 同步升压控制器及其评估模块 (EVM) 作为示例，但建议的电路也适用于其他同步升压控制器。

2.具体方案

LM5122 多相同步升压控制器适用于高效同步升压稳压器应用。其控制方法基于峰值电流模式控制，可提供固有的线前馈、逐周期电流限制和简单的环路补偿。图 1 显示了简化的 LM5122 应用图。尽管存在逐周期限流功能，但 LM5122 本身不提供 OVP。但是，通过添加一个简单的电路，我们可以实现足够准确的输出过压保护。

图 1：简化的 LM5122 应用图

图 2 显示了一个原始输出 OVP 电路，其中输出电压检测电阻分压器由 R1 和 R2 组成。假设 Vz是齐纳二极管的击穿电压，Vbe是落在 n 沟道 p 沟道 n 沟道 (NPN) 晶体管的基极和发射极之间的电压。我们可以使用等式 1 和 2 来触发电路进入保护状态：

因为1/2和V被通常具有耐受性，它们也随变化温度，OVP阈值将有很大的不同。

图 3 显示了另一个输出 OVP 电路，它将具有更多受控的 OVP 阈值。同样，输出电压检测电阻分压器由 R1 和 R2 组成。LMV431 是一款低压 (1.24V) 并联稳压器。通过比较检测电阻分压器的中心点和 LMV431 的内部参考引脚，如果检测电阻分压器的中心点电压高于 1.24V 参考电压，则 OVP 将触发，如公式 3 所示：

由于 LMV431 具有 1.5% 的初始温度小容差，因此该电路比带有齐纳二极管的原始输出 OVP 电路具有更高的 OVP 精度。如果检测电阻分压器的中心点电压高于1.24V，LMV431的阴极电压会降低，这会导致MMBT2222的基极偏高。MMTB2222 的集电极连接到 LM5122 的欠压锁定 (UVLO) 引脚，UVLO 引脚下拉至 0V。升压转换器进入关断模式并停止向输出传输能量。

图 2：原始输出 OVP

图 3：输出 OVP 电路

使用 LM5122 EVM，OVP 电压设置为 23.5V。为了验证 OVP 电路，我们可以调整 EVM 将标称 VO设置为 19.5V，并在 VO感测分压器上增加一个额外的 10kΩ 电阻。图 4 显示了实验结果。LO 是低侧 N 沟道 MOSFET 栅极驱动输出。当Vø添加并联10kΩ电阻后增加到23.5V时，UVLO拉低到零，LM5122进入关闭模式，其中所有的功能被禁用。

图 4：低端 MOSFET 在 OVP 触发时停止开关

之所以需要使用两个MMBT2222和MMBT2907晶体管，是因为LM5122的UVLO阈值为1.2V。LMV431 阴极的最低电压在 1.24V 以上。添加这两个晶体管会导致低于 1.2V 的 UVLO 引脚停止开关。

图 5 显示了另一个没有两个晶体管的简化输出 OVP 电路。LM5122 控制器具有 UVLO 功能，带有一个从电源电压 VIN到模拟接地引脚 (AGND)的外部 UVLO 设定点分压器。LM5122 评估模块的启动电压为 8.7V，VHYS设置为 0.5V。RUV2的标准值为49.9kΩ，RUV1的标准值为8.06kΩ。通过将 RUV2分成两个电阻器 RUV2_1、RUV2_2并将 LMV431 的阴极连接到这两个电阻器 RUV2_1、RUV2_2 的中心点，我们可以使用图 3 所示的电路实现类似的输出 OVP 功能。

图 5：简化的输出 OVP 电路

图 6 显示了第二个输出 OVP 电路的实验结果。当 VO增加到 23.5V 时，LMV431 的阴极电压下降到 1.24V，UVLO 引脚电压变为 0.53V。LM5122 进入待机模式并停止开关。软启动电容器放电至 0V，在 5.9ms 软启动时间后，器件再次开始开关。第二个输出 OVP 电路触发待机模式，比第一个 OVP 电路便宜。

图 6：低端 MOSFET 在 OVP 触发时停止开关

3.结论

与原始 OVP 电路相比，我在这篇文章中提出的两个输出 OVP 电路具有更准确的 OVP 阈值。第二个 OVP 电路可以帮助我们为同步升压控制器构建更简单、低成本的输出 OVP 功能。