上一篇文章讲到了熔断型(保险丝)过流保护、恒流限制型保护、折返型限流保护,但还少了现在电源中最常见的过流保护方式-打嗝式过流保护。
打嗝,hiccup mode,是个形象化比喻,就像人吃饭噎着了不停地“嗝、嗝、嗝”。从波形上看,也像某些营销见长、外强中干的公司,一被掐脖子就翻白眼,一松手就吹牛逼。
当检测到过流/短路情况时,电源的输出会关闭,但电源会周期性的尝试重新建立输出,试探短路有没有消失。即经过指定的时间后,电源重新建立输出电压,如果过流/短路情况仍然存在,则电源重复关闭和等待过程;如果情况不再存在,则电源恢复正常。就好比人在冬天,用小心翼翼的脚步试探冰面能否走人一样。

打嗝模式在电源芯片中广泛应用,因为它持续时间很短,可以最大程度地减少器件的过流应力而导致的损坏,并且能自动恢复。

打嗝波形
如下图所示,将充电器的VBUS对地短路,可以看到打嗝表现,为典型的“尝试-失败-休息-再尝试”的循环策略。
- 检测,当检流电路检测到过流事件时(超出设定的阈值),保护电路动作,PWM驱动关闭,输出为0V。
- 休眠,接下来电路进入一个固定的休眠期(通常为几百毫秒),即打嗝周期。
- 重启,休眠结束后,控制电路会尝试重新启动。
- 循环,如果故障依然存在,它会再次检测到过流并立即关闭,进入下一个休眠周期;如果故障消失了,那么就恢复为正常的输出电压,电路正常工作。

实现方案
以TI的某款芯片为例,讲述打嗝的实现方案。
如下图,一旦检测到过载,便启动RES引脚内部的充电电流源对Cres充电,一旦维持时间达到T1,那么就会立刻关闭PWM驱动,芯片进入睡眠。随后,启动放电电流源对Cres放电,如果达到阈值(经历了T2时间),则睡眠结束,芯片软启动开始。软启动电路会尝试Vout端建立电压,如果短路形况消失则恢复正常输出;如果短路仍然存在,则芯片将再次进入睡眠模式。


为什么需要软启动呢?软启动为soft start的缩写。电源的输出端通常有大容量的滤波电容,而电容在刚上电时处于短路状态,如果没有软启动,则容易触发芯片过流保护。
总结
hiccup式过流保护在芯片设计中用的最多,主要得益于其两大核心优势:
- 卓越的热管理,在故障期间,电源大部分时间处于关闭休眠状态,其平均功耗极低。这能最大程度地减少功率器件(如MOSFET、二极管)因过热而损坏的风险,提高了系统的可靠性。
- 全自动恢复,这是一种可恢复的保护。当故障(如瞬态脉冲或插拔引起的短路)被移除后,电源能自动恢复正常工作,无需人工干预,用户体验更好。
业界也有Latch off的保护方式,即锁定式过流保护,即使故障解除后也无法恢复,这种模式虽然干脆利索,但因缺乏灵活性,在现代消费品中已较少使用,故不再论述。