峰值电流模式的过流保护:Hiccup打嗝工作模式

原创 松哥电源 2022-07-14 18:23


输出短路时,逐个脉冲限流功能无法提供有效的过流保护的最主要的原因在于:输出电压非常低,电感去磁电流变化率di/dt非常小,导致下一个开关周期开始时电感激磁的起始电流不断增加,电感电流也不断增加,极端情况下,电感有可能会饱和。

同时,系统每个开关周期,主开关管都必须导通的一个最小的时间,即LEB时间,电感的激磁电流在这个时间段,会一直保持上升而不受控。特别是电感饱和时,电感值L减少到非常低值,电感激磁的电流变化率di/dt会进一步增加,在非常短的LEB时间内,电感电流急剧增加到非常高的值,直接导致系统损坏。

为了实现系统的安全操作,PWM控制器检测到输出短路过流时,可以关断主开关管的工作,停止工作一段时间后,再重新起动工作,如果输出短路消除,系统就进入到正常工作;如果输出短路依然存在,系统重复以上过程,这种工作方式称为Hiccup打嗝工作模式

PWM控制器检测到输出短路过流,主要有3种方式。

1、直接使用比较器,将电流检测信号和设定过流参考电压值进行比较

为了防止输出瞬态过载或短路时误触发,检测到过流后,保护延迟一段,再进行检测。如果过流信号在延迟一定时间后消除,过流保护不起作用;如果过流信号延迟一定时间后仍然存在,过流保护动作,芯片停止PWM输出,系统不工作。系统不工作延迟一段较长间,然后重新开始工作,如此重复上面过程

过流检测信号的延迟时间和芯片停止工作的延迟时间,都使用芯片内部时钟信号计数,计数器计满一定个数如512、1024、2048、4096,…,从而设定相应延迟时间。

这种方式直接检测电流值,响应速度快,但是额外需要一个快速比较器。

图1  检测电流信号判断输出短路


2、检测电压误差放大器输出COMP管脚电压

这种方式是一种间接过流检测,输出短路时输出电压下降,电压误差放大器输出电压VComp增加,直到顶到其输出最大值(钳位值);然后,内部延迟电路开始使用时钟信号计数,计数器计满一定个数后,如果VComp电压仍然维持最大钳位,那么芯片停止PWM输出,系统不工作;系统不工作延迟一段较长间,然后重新开始工作,如此重复上面过程

过流检测信号计数器计满一定个数后,VComp电压小于最大钳位,那么计数器清0,不影响芯片正常工作。

这种方式不需要额外元件,但是响应速度较慢。

图2  检测COMP电压判断输出短路

图3  Hiccup打嗝工作波形

3、直接检测输出电压值

这种方式也是一种间接过流检测,输出短路时,输出电压下降,下降到一定值时,如设定输出电压的20%、50%,过流保护就动作。它需要额外电压比较器,响应速度较快,不需要设定过流检测信号的延迟时间。

图4  检测FB电压判断输出短路

Hiccup打嗝工作模式,在输出短路消除后,输出电压恢复速度慢,需要时间长,不适合一些应用。频率折返工作模式,输出电压恢复速度快,适合有这种要求的使用

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