【经验】芯洲科技升压型电源转化器SCT12A1在输出硬短路下的负载断开保护功能介绍

时间： 2021-05-20 来源：芯洲科技

技术问答

对于升压型电源转化器（Boost DC/DC Converter，后文简称Boost），无论同步类型还是非同步类型，输入端与输出之间由于转化器架构的制约，始终存在一条由输入端、经电感、再经二极管（非同步升压转换器）或开关MOSFET（同步升压转换器）的体二极管、至输出的电流通路。

由于这条电流通路的存在，即使设备处于关闭状态，输出端始终有电压输出。这种在系统启动前不期望的输出电压，不仅会导致系统闭锁或故障，而且会增加系统的待机功率损耗。同时，在此种情况下，如果输出不慎接地短路，升压转换器输入与地形成通路导致瞬间电流过大，进而损坏器件，并在负载电路端造成灾难性故障。

针对上述问题，本文将详细介绍芯洲科技 SCT12A1负载断开功能（芯洲科技专利设计）在输出硬短路（Hard short）状况下的硬短路保护功能，有效提高升压电源转化器的可靠性。

图1为典型开关型DCDC升压转换器电路，包括开关管Q1，续流管Q2，储能器件电感L，输出电容Cout。

图1. Boost基本结构

在一个开关周期里，当开关闭合的时候，续流管Q2关断，输出电容Cout存的电荷与前级电感L和开关管Q1断开（此时Cout与电感L通过续流管Q2的寄生体二极管电气连接，由于该体二极管导通能力非常弱，故在介绍Boost型DCDC转换器时候简化为此时Q1与L断开），对后级电路放电。

电感L，开关管Q1与输出形成独立回路。电源对电感充电，电感L储能。开关断开，由于电感的电流方向不能突变，电流继续从电感近输入端一侧流向输出端侧，续流管导通，此时，电感和电源的极性一致，给电容充电。在开关型DCDC升压转换器停止工作的状态下，一旦存在输入电压，从输入端经电感L，再经续流管Q2体直至输出端，从在一个不可避免的电流通路。由于这个通路的存在，即便转换器在停止工作状态下，输出端依旧有电压存在，既输入电压。也就是常说的负载未完全断开。

在使用升压型DCDC转换器的电子器件中，负载的未完全断开，会增加整个系统关机状态下的功耗。对于现在越来越多的电池供电的移动设备，关机状态下的功耗会一次充电下电池的续航时间，也就是终端消费者口中的“电池漏电”现象。同时，由于输出端在关机状态下始终有电压存在，一旦发生输出端短路，输入端与地之间形成直接通路，瞬间产生巨大电流，但又不能通过关机的方式来保护整个系统，进而带来损坏转换器有源器件和整个负载系统的风险。

针对Boost存在不可控电流路径的问题，SCT12A1提供了如下解决方案，在转换器输出和负载端插入P沟道型MOSFET来断开负载并提供输出端短路保护。P型MOSFET的源极连接到SCT12A1的VOUT引脚。在VOUT引脚和P型MOSFET的源极需要接输出电容，以维持控制回路的稳定性。

SCT12A1硬短路保护功能的打嗝时间可以通过SS引脚与地之间电容容值不同进行调节。当硬短路保护被触发之后，SS引脚复位对地放电，内部5μA的电流源对SS引脚外接的电容进行充电。当SS电压超过1.2V后，再一次启动打嗝。打嗝时间可以通过公式1计算得到。

t_SS=(C_SS* V_REF)/I_SS (1)

其中：

tSS ：软启动时间

VREF: 内部参考电压 1.2V

CSS：SS引脚的对地电容

ISS：内部对SS引脚充电电流 5uA

外部P-FET选择

P-FET置于Boost输出端和负载端之间。发生短路时, VOUT_LOAD短路，而VOUT依旧正常输出。

图2. 短路时P-FET两端电气特性

硬短路保护时，Boost输出端在P-FET导通时候可以直接等效计算：

V_DS=V_OUT

I_(DS_DC)=I_OUT

外置P-FET的安全工作区（Safe Operation Area, SOA）需要谨慎遵守。短路保护过程中，产生的热可以这样计算：

Q_FET=1/2×V_OUT×I_SHORT×t_SHORT

例如，VOUT=12V, ISHORT=15A,tSHORT=60us，这样这样短路过程产生的热QFET为5.4mJ。

选择外置P-FET选择外置P-FET时候，需要流出足够的裕度，以保证P-FET在短路事件中不会被毁坏。接着上面假设的应用条件，在12V-VOUT/1A-IOUT的条件下，P-FET的选择应该需要满足这样的要求：

V_DS≥12 V

I_(DS_DC)≥1A

SOA>3.6 mJ

外部FET选择示例

FDMC612PZ -20VDS，-14A Id, 10nC Qg Fairchild

CSD25404Q3 -20VDS, -18A Id, 10.9nC Qg Texas Instruments

图 3. Fairchild FDMC612PZ SOA

图 4. TI CSD25404Q3

SCT12A1硬短路保护应用波形

图 5. 0A负载下输出硬短路（PFM）

VIN=3.6V, VOUT=9V, Ta=27ºC

图6. 3A负载下输出硬短路（PFM）

VIN=3.6V, VOUT=9V, Ta=27ºC

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ROHM（罗姆）电源管理IC选型指南（英文）

型号- BD60FC0W,BU90006GWZ,BAJ0CC0FP,BA18JC5T,BD1CIC0WHFV,BD18KA5W,BD9106FVM,BD3506F,BD1CIC0W,BH25RB1WGUT,BD18HA3WEFJ,BD7602GUL,BU27TA2WHFV,BAJ2CC0WT,BU18TD2/BU18TD3,BD15GA3W,BD12IC0MEFJ-LB,BD50FA1MG-M,BD9109FVM-LB,BD15HA5WEFJ,BU12SD2MG-M,BD90GC0MEFJ-LB,BD433M2WFP3-C,BA178M08CP,BAJ0BC0WFP,BD50HC5MEFJ-C,BA70BC0FP,BA90BC0T,BA90BC0W,BD50FD0WHFP,BD00FC0WEFJ,BD70GA5MEFJ-LB,BD50HC5MEFJ-M,BD9C301FJ,BD15KA5WFP,BDJ2GA5MEFJ-M,BU1BTD2,BD30GA5MEFJ-M,BD15GC0MEFJ-LB,BA80BC0,BD00GA5MEFJ-LB,BD820F50EFJ-C,BD90C0AFPS,BD80C0AWFP2-C,BD50GA3WNUX,BU26TD2WNVX,BD18HC0MEFJ-M,BU30TA2WNVX,BD80GA3MEFJ-M,BD30IC0W,BD95821MUV,BA50JC5T,BD33FC0FP,BD70HC0WEFJ,BD00GC0MEFJ-M,BD8158FVM,BA25BC0WFP,BD3574YFP-M,BD50C0A,BD12IC0WEFJ,BD750L2,BD18HA3MEFJ-LB,BD70HA3WEFJ,BD15IC0W,BU32TD3WG,BD750L5,BD30GA3W,BD90FD0W,BD9111NV,BAXXCC0W,BD15FD0WFP2,BD433M5WFP2-C,BA30BC0WT,BD50HA3MEFJ-LB,BD10KA5WFP,BA03CC0FP,BD9A100MUV,BD750L2FP3-C,BH28NB1WHFV,BD3507HFV,BH25NB1WHFV,BU27TA2WNVX,BD433M5FP-C,BD15HC0WEFJ,BD18HC5MEFJ-M,BD33KA5W,BD90C0AFPS-LB,BDJ5FC0W,BD25IA5MEFJ-M,BU15JA2VG-C,BD90GA3WEFJ,BD60FC0WEFJ,BAJ0BC0FP,BAXXDD0T,BD450M2FP3-C,BD10IA5MEFJ-LB,BH32M0AWHFV,BAXXDD0W,BA17805FP,BD18HC0WEFJ,BD90FC0WEFJ,BD8313HFN,BD9E302EFJ,BD15KA5FP,BD80GA3WNUX,BDJ2FC0WFP,BH31NB1WHFV,BD10KA5WF,BU30TA2WHFV,BD750L5FP-C,BD9D322QWZ,BD18IA5MEFJ-M,BD30FC0WEFJ,BD60HA5MEFJ-LB,BH29M0AWHFV,BD95514MUV,BA70BC0,BD25KA5WF,BD70522GUL,BD25FD0WHFP,BU15TD3WG,BU1CJA2DG-C,BU18JA2DG-C,BD800M5WFP2-C,BAJ2DD0WHFP,BD33HA5MEFJ-LB,BD3573YFP-M,BD80FD0WHFP,BU10JA2DG-C,BD9D320EFJ,BD9E303EFJ-LB,BA33BC0WFP,BDXXKA5W,BD25HA3MEFJ-M,BUXXSD2MG-M,BD37210AMUV,BD4271HFP-C,BD9327EFJ-LB,BD00HA5MEFJ-M,BA50DD0WT,BD60GA3WEFJ,BU90090GWZ,BD30GA3MEFJ-LB,BD9701FP,BAJ5CC0T,BD50HC5MEFJ-LB,BD30FD0W,BU20TD2/BU20TD3,BD15HC5MEFJ-M,BD25GA5MEFJ-LB,BD8311NUV,BH28RB1WGUT,BU2ATD2WNVX,BU18SA4WGWL,BU32TD2WNVX,BA09CC0FP,BA60JC5T,BD3539FVM,BD10IC0WHFV,BU12JA2MNVX-C,BD9B301MUV-LB,BAXXBC0,BDJ2FC0WEFJ,BD33GA3W,BH18M0AWHFV,BD33C0AWFP2-C,BAJ6DD0T,BD9161FVM,BAJ6DD0W,BD18KA5WF,BA17810FP,BD90C0AWFP-C,BDJ0GC0MEFJ-M,BA90BC0,BD15IC0WEFJ,BD9B100MUV,BA178M07,BA178M06,BA178M09,BA178M08,BH33NB1WHFV,BU34DV7NUX,BU1JTD2WNVX,BD42530EFJ-C,BA09CC0,BD9104FVM,BD33C0AW,BD50GC0MEFJ-LB,BD33KA5WF,BH27M0AWHFV,BDJ6FD0WHFP,BD33HC5WEFJ,BA178M10,BA178M12,BU25TD2/BU25TD3,BD12IA5WEFJ,BU2JTA2WNVX,BU33DV7NUX,BA178M15,BH33RB1WGUT,BU15JA2MNVX-C,BA178M18,BA178M10FP,BD90GA3MEFJ-LB,BU15SD2MG-M,BD70FC0W,BD00GA3WEFJ,BA33JC5T,BD60HA3MEFJ-M,BD750L2FP-C,BD450M5WFP2-C,BA178M20,BD9703FP,BD8317GWL,BA178M24,BD60GC0MEFJ-LB,BD3508MUV,BD33GC0MEFJ-M,BU10TD2WNVX,BA178M10CP,BD00FC0W,BD18GA5WEFJ,BU15TD2WNVX,BA60BC0FP,BD70GC0WEFJ,BDJ2GC0WEFJ,BD450M5FP-C,BA07CC0WFP,BU30SA4WGWL,BA05CC0WT,BD42500G-C,BD15FD0W,BA17810CP,BA25JC5T,BU10TD2/BU10TD3,BD9C401EFJ,BU10JA2VG-C,BU25TA2WNVX,BD18IA5MEFJ-LB,BA33DD0WT,BD30IC0MEFJ-LB,BD9B600MUV,BD60GA3MEFJ-LB,BD18GC0MEFJ-LB,BU1CTD3WG,BD3021HFP,BU28TD2/BU28TD3,BD50HC5WEFJ,BD42540FJ-C,BU2JTD3WG,BD15IC0MEFJ-LB,BA17812FP,BD33C0AFP2-C,BA90DD0WHFP,BA178MXX,BD33GC0MEFJ-LB,BD9874CP-V5,BU90008GWZ,BU21TD2WNVX,BDXXFC0W,BD25IC0W,BDJ2FC0W,BD00C0AWFP2-C,BA80BC0FP,BA3259HFP,BA08CC0WFP,BD00FA1WEFJ,BA30DD0WHFP,BDJ0GA3WNUX,BD9703CP-V5,BD50FC0FP,BD95500MUV,BA00DD0WCP-V5,BA178M12FP,BD15HA5MEFJ-LB,BA17812CP,BD30HA5MEFJ-LB,BD50FC0W,BD60FC0WFP,BD26IC0WHFV,BA00CC0WCP-V5,BD25GA3W,BD90GA5WEFJ,BA50BC0WFP,BD33GA3MEFJ-LB,BD18HA5WEFJ,BU1JTD3WG,BA15DD0WT,BA33BC0,BA09CC0WFP,BD25IC0WEFJ,BD9152MUV,BA17809CP,BD30GC0MEFJ-M,BU25TA2WHFV,BD90GA3W,BD33IC0MEFJ-M,BD35395FJ-M,BD80C0A,BD00FC0WFP,BA178M12CP,BU19TD2/BU19TD3,BD9701CP-V5,BD50C0AWHFP-C,BD70GA3WEFJ,BD8967FVM,BHXXRB1WGUT,BD80FC0WEFJ,BU31TD2WNVX,BD00IA5MEFJ-LB,BD80C0AFP-C,BD15FD0WHFP,BD33IC0MEFJ-C,BD50C0AHFP-C,BDJ0GA3MEFJ-M,BAJ0BC0,BA70BC0WT,BU18SD2MG-M,78 SERIES,BA08CC0FP,BA00BC0WFP,BDXXIA5,BD50C0AFP-C,BU25TD3WG,BU23TD2,BA06CC0,BD70GA3MEFJ-LB,BD00GA5MEFJ-M,BD90GA3MEFJ-M,BU30SA5WGWZ,BD9E100FJ-LB,BD33HA3MEFJ-LB,BU32TA2WHFV,BH30NB1WHFV,BD50GC0MEFJ-M,BH26M0AWHFV,BD9E151ANUX,BD50FC0WEFJ,BD80FD0WFP2,BU2FSA4WGWL,BD15HC5WEFJ,BD15HA3MEFJ-M,BU6652NUX,BDXXIC0,BD00HC0MEFJ-LB,BD00GC0WEFJ,BA17807,BA17808,BA17805,BA17806,BD80FC0WFP,BA17809,BH15M0AWHFV,BU30JA2DG-C,BD91361MUV,BD9E104FJ,BD00GA5WEFJ,BD33GC0WEFJ,BDJ0GA3WEFJ,BD33C0A,BDJ0GA3MEFJ-LB,BUXXSA5WGWZ,BD33GA3WEFJ,BA33DD0T,BD9325FJ,BA33DD0W,BA17810,BD50FD0WFP2,BA17815,BD90C0A,BA17812,BD00GA3MEFJ-M,BD00IA5WEFJ,BA17818,BA78M24,BA00DD0W,BD00IC0MEFJ-LB,BA78M20,BD733L2FP-C,BD70GA3MEFJ-M,BU12TD2WNVX,BD30KA5FP,BD33GA3MEFJ-M,BD30FD0WHFP,BDJ2GA3W,BA33D15HFP,BA30BC0,BU33JA2MNVX-C,BD9A101MUV-LB,BD90C0AFP2-C,BU34TD3WG,BDXXGA3,BD90C0AW,BH30M0AWHFV,BA17820,BUXXTA2W,BD50C0AWFP-C,BA17824,BA78M12,BA00CC0W,BD30GC0WEFJ,BA78M10,BA00BC0WT,BDJ2GA3MEFJ-LB,BDXXGA5,BD9102FVM,BD9A302QWZ,BD9A300MUV,BA78M18,BH2JNB1WHFV,BUXXJA2DG-C,BD9G341AEFJ-LB,BD30HC0MEFJ-LB,BA78M15,BD00HC5MEFJ-LB,BD15KA5WF,BAJ0BC0W,BD30IA5MEFJ-M,BA30JC5T,BD18IC0WEFJ,BD10KA5FP,BAJ0BC0T,BU20TD2WNVX,BA80BC0T,BA80BC0W,BA178M05FP,BD3572YFP-M,BU15TD2/BU15TD3,BD800M5WFPJ-C,BD33IC0W,BD50GA3W,BD25HC5MEFJ-M,BA78M09,BA78M08,BA17820FP,BA78M07,BD12KA5WFP,BA78M06,BU28TD2WNVX,BA78M05,BD30HC5WEFJ,BD

选型指南 - ROHM - 2022/3/28 收起

【应用】车规级升压DC-DC SCT12A1用于车载T-BOX，多范围输出电压4.5~14.6V

在车载T-BOX中，电源设计是非常重要的一环。根据此需求，本文介绍一款芯洲科技推出的车规级升压DC-DC SCT12A1，有4.5V~14.6V多范围输出电压，最高达12A的输出电流，输出效率高，输出电流10A时，多个输出电压下，效率均可达到95%以上。

应用方案发布时间 : 2023-02-15

芯洲科技公司介绍

型号- SCT2A11,SCT2A10,SCT2280,SCT2360,SCT2230,SCT2430,SCT2630,SCT2432,SCT2A11A,SCT2631,SCT2433,SCT22C0,SCT12AX,SCT9339,SCT2221,SCT2220,SCT2421,SCT23XX,SCT2420,SCT9336,SCT2A10A,SCT2620,SCT2422,SCT9338,SCT2330T,SCT12A0,SCT12A1,SCT12A3,SCT9331,SCT2610A,SCT9330,SCT2450,SCT2251,SCT2650,SCT2452,SCT2331,SCT2451,SCT2330C,SCT2330,SCT2850,SCT2330H,SCT9325,SCT2332,SCT2610,SCT2851,SCT2A20,SCT2220T,SCT2A21,SCT63241,SCT63240,SCT9320,SCT9321,SCT2250,SCT2241,SCT2361,SCT2260A,SCT52240,SCT2240,SCT2320,SCT2220H,SCT2321,SCT2400,SCT2260C,SCT2323,SCT2325,SCT2449,SCT2448

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