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          峰值電流限流的優(yōu)化方案

          作者: 時間:2011-01-05 來源:網(wǎng)絡 收藏

          摘要:通過采用峰值電流限流的方法,電流限制功能可以使電感電流在超出閾值時抑制轉換器的開關電流。但是,由于比較器延時,有效閾值削減問題通常難以避免。本文將針對這一問題,介紹一種峰值電流限流的優(yōu)化方案。

          引言

          電流限制是開關式轉換器的一個重要保護功能,它可以在電流限制模式下限制可用的輸出電流,以防止出現(xiàn)系統(tǒng)故障。峰值電流限制是目前業(yè)內(nèi)普遍采用的電流限制方法。每當電感的電流IL超出閾值IV時,轉換器的開關(如圖1所示)便會關斷,以制止電流從輸入電壓源VIN注入,直至IL小于IV時,開關才會重新開通。由于輸出電流IOUT總是等于IL的平均值(在工作期間IL呈線型紋波),故在電流限制模式下的IOUT(CL,DES) 為:
          (1)

          式中的IL(RIPPLE)是IL紋波的峰峰值。

          一般而言,通常采用比較器來檢測IL是否超出IV,以決定關斷或重新開通。可是,比較器會帶來延時tD,影響閾值的有效值。如圖2所示,比較器在t1時刻檢測到IL p> V,可是偶遇延時tD,開關會在t2時刻被恢復?;谶@個原因,有效閥值IN便會低于IV,這樣,實際的輸出IOUT(CL)為:

          (2)

          當IN> V時,上述數(shù)值便會小于IOUT(CL,DES)。結果,在比較器中的tD會消減IOUT(CL) 。

          進一步研究,可發(fā)現(xiàn)IN會受電感L的影響??紤]到IL的電流變化率為:
          (3)
          式中的t是時間,而VOUT是電源轉換器(如圖1所示)的輸出電壓。當L減小時,便會相應減少。由于tD不會受ILS、L和VOUT影響,并且VOUT也不受L影響,所以IN會隨著L而下降。這種關系可用下式表示:
          (4)

          圖 1 降壓電源轉換器
          30240_3636_6.JPG
          從式(4)中可清楚地看到IN-IV由增大L或減少tD來降低??墒歉呒夒娫崔D換器為減少元件尺寸,已傾向于朝著高頻化發(fā)展。因此,預計L會比較小。另一方面,tD的減少會導致比較器的轉換速率增大,這會增加功率的損耗,從而降低整體的轉換效率。再者,工作頻率有可能超出1MHz,使開關周期達至1ms 。毫無疑問,tD的減少意味著比較器的帶寬很高,這在現(xiàn)實中很難實現(xiàn)。由此可以看出,在這種情況下,較小的L會被使用,加上tD也與開關周期相匹配,所以IN將會在工作頻率較高時降低。結果,IOUT(CL)會在工作頻率較高時明顯小于IOUT(CL,DES),并會在低工作頻率時維持正常水平。盡管IV可設定為較高值,以確保IOUT(CL)可達到IOUT(CL, DES),但這種超常的設計會為MOSFET帶來一些問題。比如說,為了在電流限制模式下處理更多的電流,需要更大的電感和電路板尺寸。前者將會增加整體電路的大小和成本,而后者則會增加電路的生產(chǎn)成本。


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          關鍵詞: 電源

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