Перейти к содержанию

Режим hiccup — защита от короткого замыкания с перезапуском

Ограничение тока в каждом цикле спасает от кратковременной перегрузки, но при долгом замыкании микросхема и дроссель продолжают греться на пределе тока. Поэтому многие преобразователи в таком случае выключаются, выжидают и пробуют запуститься снова. Выход при этом «икает» — отсюда название hiccup.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Режим hiccup (hiccup mode, «икание») — способ защиты импульсного преобразователя от длительной перегрузки и короткого замыкания выхода: обнаружив затянувшуюся перегрузку, преобразователь прекращает переключаться, выжидает паузу и запускается заново через плавный пуск. Если замыкание осталось, цикл «попытка — пауза» повторяется, пока его не уберут, после чего выход восстанавливается сам.

Зачем он нужен

Обычное ограничение тока в каждом цикле обрезает ток ключа на пределе, но при глухом замыкании преобразователь продолжает работать на этом пределе непрерывно. Ключи, дроссель и выпрямитель греются, и в конце концов срабатывает тепловая защита — или что-то выходит из строя. В режиме hiccup преобразователь большую часть времени выключен, поэтому средний ток и нагрев в замыкании гораздо меньше: TI прямо пишет, что у LMR33630 этот режим снижает перегрев и сильно уменьшает выходной ток.

Как срабатывает

Микросхема (TI)Условие входаПаузаПерезапуск
LMR33630при ограничении тока FB ниже ~0,4 ВtHC ≈ 94 мсплавный пуск, около 20 мс в ограничении тока, затем снова пауза
LM5116256 тактов подряд в ограничении токазадаётся конденсатором на выводе UVLOполный плавный пуск

Значит, при замыкании LMR33630 работает на пределе тока лишь около 20 / (20 + 94) ≈ 18 % времени (наш расчёт по типовым значениям), а остальное время ключи выключены.

Особенности

  • Старт на большую ёмкость. Если большая ёмкость на выходе при включении долго держит напряжение низким, а ток уже на пределе, преобразователь с условием входа по напряжению обратной связи может принять это за замыкание и уйти в hiccup (наш вывод из условия LMR33630). Это стоит проверить на макете.
  • Не единственный способ. TPS54360 при перегрузке вместо пауз снижает частоту переключения в 2, 4 и 8 раз (frequency foldback), чтобы ток дросселя успевал спадать при замыкании. Защиту входа питания — предохранители, TVS-диоды, электронные предохранители — разбирает статья «Защита входа питания».

Не путать с режимом пропуска импульсов при малой нагрузке (PFM): там преобразователь тоже работает пачками, но ради КПД, а не из-за аварии.

Частые вопросы

Что такое hiccup mode в DC-DC преобразователе?

Режим защиты при длительной перегрузке или замыкании выхода: преобразователь перестаёт переключаться, выжидает и пробует запуститься заново с плавным пуском. Пока замыкание есть, цикл повторяется: короткая попытка — длинная пауза. У LMR33630 пауза около 94 мс, а попытка в режиме ограничения тока — около 20 мс.

Почему стабилизатор периодически включается и выключается?

Если выход перегружен или замкнут, а у микросхемы есть режим hiccup, именно так она и должна себя вести: средний ток и нагрев при этом гораздо меньше, чем при постоянной работе на пределе тока. Похожая картина возможна и без замыкания, если при старте большая ёмкость на выходе долго держит напряжение низким, пока работает ограничение тока, — у LMR33630 условием входа служит именно низкое напряжение обратной связи при ограничении тока (наш вывод).

Чем hiccup отличается от обычного ограничения тока?

Ограничение тока в каждом цикле держит ток на пределе сколько угодно долго, и ключи, дроссель и диод всё это время греются. Hiccup включается, когда перегрузка затянулась: у LM5116 — после 256 тактов подряд в ограничении, у LMR33630 — когда напряжение обратной связи упало ниже 0,4 В. Затем преобразователь выключается, и средняя мощность в замыкании резко падает.

Источники

  1. Texas Instruments. LMR33630 SIMPLE SWITCHER 3.8-V to 36-V, 3-A Synchronous Step-down Voltage Converter (SNVSAN3F, revised November 2020) — разд. 8.3.3: ограничение пикового и минимального тока дросселя; при перегрузке — ограничение в каждом цикле, при длительном замыкании — hiccup; если при ограничении тока напряжение FB падает ниже ~0,4 В, микросхема прекращает переключение на tHC ≈ 94 мс, затем перезапускается с плавным пуском; если замыкание осталось, около 20 мс работает в ограничении тока и снова выключается; это снижает нагрев при глухом замыкании, выходной ток сильно уменьшается; после снятия замыкания выход восстанавливается
  2. Texas Instruments. LM5116 Wide Range Synchronous Buck Controller (SNVS499I, revised November 2023) — разд. 6.3.7: ограничение тока в каждом цикле; для защиты ключей при длительной перегрузке счётчик считает такты в ограничении, после 256 тактов подряд — режим hiccup с малым рассеянием: UVLO кратковременно прижимается, конденсатор плавного пуска разряжается, перезапуск с полным плавным пуском, пока замыкание не снято; разд. 6.3.3: вывод UVLO прижимается к 200 мВ, конденсатор на UVLO задаёт паузу hiccup; на частоте выше ~250 кГц таймер можно отключить
  3. Texas Instruments. TPS54360 4.5-V to 60-V Input, 3.5-A, Step-Down DC-DC Converter With Eco-mode (SLVSBB4G, revised June 2018) — разд. 7.3.10 (Accurate Current Limit Operation and Maximum Switching Frequency): при перегрузке частота делится на 1, 2, 4 и 8 по мере падения FB от 0,8 до 0 В, чтобы ток дросселя успевал спадать при замыкании

Нашли ошибку?

Смотрите также