如果不考慮升壓轉換器的自然限制，系統可靠性會(huì )降低同時(shí)成本會(huì )增加，從而會(huì )導致系統其它部件的過(guò)度設計。升壓電路具有一個(gè)從輸入到輸出的自然導通路徑（圖1）。即使這個(gè)轉換器是關(guān)閉的，電流也可以通過(guò)升壓二極管或同步功率FET的體二極管流至輸出。

(a) 異步升壓 

 (b) 同步升壓 

如果負載是重電容，由于升壓轉換器無(wú)法提供任何的負載隔離，主電源或電池必須能夠耐受住勵磁涌流的負擔。
如果沒(méi)有單獨的限流機制，主電源會(huì )被過(guò)度設計。在報警系統等需要后備電池的系統中，無(wú)限地汲取電流會(huì )影響電池的可靠性，因此系統也許會(huì )需要一個(gè)更大的電池。甚至預料之中的重負載條件也會(huì )使有限電源（比如說(shuō)一個(gè)電池）的系統電壓軌上的電路斷電，并產(chǎn)生意外的系統重啟。通過(guò)一個(gè)共用電源總線(xiàn)供電的模塊化系統也會(huì )在啟動(dòng)時(shí)存在風(fēng)險。在沒(méi)有勵磁涌流限制或與之配合的加電排序時(shí)，這個(gè)電源總線(xiàn)會(huì )根據最大電源電流的能力限制可允許模塊的數量。
諸如過(guò)載時(shí)出現的電機堵轉等，負載故障會(huì )汲取強電流。噴射器內使用的螺線(xiàn)管是另外一個(gè)經(jīng)常會(huì )出現短路故障的負載。帶電機的可插拔模塊也許需要一個(gè)升壓電壓軌（由主系統提供）在可拆卸組裝內節省空間和成本，不過(guò)也有可能會(huì )在熱插拔情況下從主電源汲取過(guò)多的電流。一個(gè)未受保護的升壓轉換器不具備緩解這些風(fēng)險的條件；它只是將這些負擔經(jīng)上游電路傳至電源。設計人員經(jīng)常通過(guò)主電源的過(guò)度設計和過(guò)度使用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是我們完全可以通過(guò)簡(jiǎn)單的限制和保護技巧在升壓負載出現故障時(shí)也能夠節省系統成本、增加可靠性。

保護方法

圖2. 使用一個(gè)NTC熱敏電阻實(shí)現的無(wú)源勵磁涌流限制。 

最簡(jiǎn)單的限流機制是采用一個(gè)負溫度系數 (NTC) 熱敏電阻（圖2）。由于在冷卻時(shí)出現高阻抗，NTC在開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)限制勵磁涌流。其自身功率耗散所導致的自發(fā)熱可使阻抗下降，從而能夠使更多的電流流過(guò)。這個(gè)方法的優(yōu)勢在于簡(jiǎn)便易行且成本低廉。然而，在惡劣條件下使用這個(gè)方法會(huì )帶來(lái)某些缺點(diǎn)。比如，在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機艙等溫度大幅變化的環(huán)境內，會(huì )出現使NTC初始阻抗降低的高環(huán)境溫度；此外，如果不仔細管理整個(gè)環(huán)境運行條件，就會(huì )導致過(guò)多的勵磁涌流。如果出現重新啟動(dòng)的情況，NTC器件溫度也許會(huì )在下一次加電之前尚未冷卻。在輸出電容完全放電時(shí)，由于散熱速度較慢，NTC對于勵磁涌流的限制會(huì )變到最低。此外，如果負載出現短路故障，NTC將無(wú)法限制比所選標稱(chēng)運行條件高的電源電流。最后，NTC方法對于單一功能保護有效，但是由于使用的是無(wú)源組件，這個(gè)方法也會(huì )受到某些限制。

圖3. 使用熱插拔的有源勵磁涌流限制。 

選擇像MOSFET這樣的主動(dòng)限制裝置需要一個(gè)勵磁涌流限制控制器的控制電路，它也被稱(chēng)為熱插拔控制器或電子熔絲。這是一個(gè)位于升壓控制器之前的附加集成電路 (IC)，很多此類(lèi)的控制器（圖3）特有包含電流和電壓環(huán)路的可編程涌入限制，旨在確保MOSFET保持在安全工組區 (SOA) 內的同時(shí)，控制涌入率。SOA用于監視維持關(guān)鍵保護器件的長(cháng)期可靠性。此外，涌入控制器會(huì )具有兩個(gè)電流閥值：一個(gè)用于規范涌入限制，第二個(gè)是在嚴重過(guò)流情況下用于完成斷路器功能。這種方式的一個(gè)明顯優(yōu)勢就是你能夠實(shí)現它的先進(jìn)保護特性；然而，通常來(lái)說(shuō)，這個(gè)解決方案的成本和復雜度要高于無(wú)源方法。
第三個(gè)保護選項是一個(gè)具有集成涌入限制控制的升壓控制器。這個(gè)方法仍然需要將一個(gè)附加的MOSFET用作保護器件，因為升壓的高端元件（一個(gè)續流二極管或同步MOSFET）無(wú)法反向。然而，如圖4所示，與熱插拔控制器方法相比，將升壓和保護控制集成在一個(gè)IC中有助于降低解決方案復雜度和尺寸，同時(shí)也提供了很多其它保護特性。

圖4. 支持集成勵磁涌流限制的升壓控制器。
 

為最壞的情況選擇MOSFET
為確保實(shí)現穩健耐用的解決方案，任何的限制方法都需要縝密的設計，對于功率耗散器件更是如此。當使用一個(gè)MOSFET時(shí)，一定要注意器件的安全工作區，設定電流是其中一個(gè)需要考慮的參數。在進(jìn)行MOSFET選型時(shí)，需要考慮切斷電壓（漏/源電壓）的峰值，以及它將處于極端組合條件下的時(shí)間長(cháng)度。
根據系統設計需要，通過(guò)計算保護器件在涌入、輸出短路和突然電路斷開(kāi)情況下，在保護器件上出現的峰值能量，下面的方程式將有助于選擇一個(gè)具有足夠雪崩能量額定值的MOSFET。
針對涌入考慮的充電能量為：

在這里

EINRUSH = 以焦耳 (J) 為單位的輸出電容器充電能量。

COUT = 以法拉 (F) 為單位的最大輸出電容值。

VINMAX = 以伏特 (V) 為單位的最大輸入電源電壓。

雖然在最差的情況下輸出電容器充電電流與出現短路時(shí)的情況相類(lèi)似，MOSFET真正的短路故障情況的要求會(huì )更加嚴格。MOSFET能夠耐受的短路能量取決于：

在這里：

ESHORT = 以焦耳 (J) 為單位的短路保護能量。

IINRUSH(TH) = 以安培 (A) 為單位的勵磁涌流限制閥值。

tDELAY = 以秒 (s) 為單位的延遲時(shí)間。

所選保護控制器也許具有一個(gè)故障安全斷路器的電流閥，從而觸發(fā)瞬時(shí)輸入斷開(kāi)。斷路器的能量計算與短路情況下相類(lèi)似，不過(guò)，保護控制器會(huì )設定一個(gè)不同的電流閥值。MOSFET上有可能出現的最差情況能量由控制器的響應或延遲時(shí)間計算得出。

在這里：

ECIRCUIT_BREAKER = 以焦耳 (J) 為單位的斷路器保護能量

ICIRCUIT_BREAKER(TH) = 以安培 (A) 為單位的斷路器閥值電流

需牢記的一點(diǎn)是，雖然將MOSFET用于保護功能可實(shí)現對涌入或故障情況的快速響應，但是你應該在MOSFET的輸出端上執行一個(gè)適當的電壓緩沖，以確保用于保護功能的器件不會(huì )使下游電路出現問(wèn)題。在升壓電路中，保護器件之后出現的第一個(gè)直插式組件是原邊電感器。續流二極管可以管理保護MOSFET與電感器之間的任何電壓振鈴，它只有在保護開(kāi)關(guān)迅速關(guān)閉時(shí)才會(huì )導電，特別是在斷路器位于電感器左側時(shí)（圖5）。

圖5. 輸入過(guò)壓瞬態(tài)抑制電路。
 

其它保護特性
在選擇一個(gè)保護控制器時(shí)，你也許還需要考慮另外一個(gè)特性，那就是重試定時(shí)器，也被稱(chēng)為打嗝模式。如果設備經(jīng)歷了一個(gè)間斷過(guò)流故障能夠自動(dòng)重試，且無(wú)需整個(gè)系統重新啟動(dòng)的話(huà)，這對于整個(gè)系統是有好處的。該模式能使保護控制器打開(kāi)MOSFET，并且在特定的時(shí)間長(cháng)度內等待故障被消除，然后通過(guò)初始化涌入控制序列來(lái)重試。如果故障仍然存在，控制器也許會(huì )無(wú)限次的重試，或者在特定的重試次數后鎖存。
將一個(gè)MOSFET用作保護器件的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現簡(jiǎn)單的輸入過(guò)壓保護電路 (/)。通過(guò)將一個(gè)合適的齊納二極管連接至MOSFET的柵極，FET的柵源電壓受到二極管的鉗制后，會(huì )使得MOSFET在源極電壓增加時(shí)被拉回至歐姆運行方式。這個(gè)二極管的擊穿電壓設定了有效的輸出電壓鉗位值。當MOSFET在歐姆區域內運行時(shí)會(huì )作為一個(gè)線(xiàn)性穩壓器，不過(guò)有一點(diǎn)需要注意，那就是最大允許鉗制時(shí)間將受到MOSFET屬性的限制。