
基于傳統(tǒng)UC3842的峰值電流模式電源變換器,當(dāng)電流檢測(cè)電阻的電壓達(dá)到內(nèi)部設(shè)定的1V,脈寬調(diào)制器就立刻關(guān)斷主開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào),形成逐個(gè)脈沖限流功能(Cycle by Cycle Current Limit),限制系統(tǒng)的最大的輸出電流,提高系統(tǒng)的可靠性,這也是峰值電流控制固有的特性。
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圖1? UC3842內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖
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主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通瞬間,開(kāi)關(guān)電流信號(hào)前沿會(huì)形成尖峰電流,這樣電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)前沿也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)尖峰,導(dǎo)致主開(kāi)關(guān)管誤觸發(fā)而關(guān)斷。為了濾除電流檢測(cè)電阻的電壓信號(hào)前沿尖峰,電流檢測(cè)信號(hào)使用RC濾波或前沿消隱時(shí)間(Leading Edge Blanking LEB),時(shí)間約為200-300ns。主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通后,在這段時(shí)間內(nèi),系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)電流信號(hào)不做響應(yīng),過(guò)了這一段時(shí)間,系統(tǒng)才處理電流檢測(cè)信號(hào),這樣就可以防止主開(kāi)關(guān)管誤觸發(fā)而關(guān)斷。
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圖2? 電流檢測(cè)信號(hào)RC濾波
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由于電流檢測(cè)信號(hào)RC濾波器延時(shí)或前沿消隱時(shí)間的存在,在一些應(yīng)用情況中,逐個(gè)脈沖限流功能并不能提供可靠的過(guò)流保護(hù)。例如,使用傳統(tǒng)控制器組成BUCK變換器,當(dāng)輸出短路時(shí),開(kāi)關(guān)電流的上升斜率(電感激磁)變得非常大,電感電流的下降斜率(去磁電流)變得非常小,每個(gè)開(kāi)關(guān)周期結(jié)束時(shí)電感電流值,也就是下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期電感電流的起始值變得越來(lái)越大,這樣電感電流會(huì)越來(lái)越大,如圖3所示。
輸出短路電壓非常低,占空比逐漸達(dá)到最小值,也就是控制芯片RC濾波器或前沿消隱時(shí)間決定的最小導(dǎo)通時(shí)間200-300ns,每個(gè)開(kāi)關(guān)周期,控制器都必須讓開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通這一段最小的時(shí)間(200-300ns),然后才將檢測(cè)電流信號(hào)和最大電流參考電壓進(jìn)行比較,例如:UC3842為1V,如果檢測(cè)電流信號(hào)大于1V,系統(tǒng)就關(guān)斷開(kāi)關(guān)管。

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圖3? 電感電流逐漸飽和
輸出短路時(shí),VO非常小,系統(tǒng)依然在工作, 主開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí):

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在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的最小導(dǎo)通時(shí)間內(nèi),如果電感起始電流非常大,電感電流在大的di/dt激磁下,電感電流隨時(shí)間繼續(xù)增加,電感就有可能進(jìn)入飽和;電感飽和后,L變得非常小,di/dt急劇增大,即使是主開(kāi)關(guān)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間非常短,小于200-300ns,電感電流也會(huì)急劇增加,導(dǎo)致電感電流走飛。
但是,在這個(gè)最小導(dǎo)通時(shí)間內(nèi),電流檢測(cè)信號(hào)是不起作用的;只有當(dāng)過(guò)了這一段最小導(dǎo)通時(shí)間后,電流檢測(cè)信號(hào)才起作用。而此時(shí),主開(kāi)關(guān)管早已經(jīng)在極大短路電流沖擊下發(fā)生了損壞,因此,逐個(gè)脈沖限流功能無(wú)法提供有效的保護(hù)功能。通俗說(shuō)法,就是電感電流會(huì)一點(diǎn)一點(diǎn)拱上去,導(dǎo)致其飽和。
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為了可靠的保護(hù)系統(tǒng),對(duì)于內(nèi)部沒(méi)有過(guò)流保護(hù)功能的芯片,如UC3842,可以外加保護(hù)電路,如果電流遠(yuǎn)大于正常工作的電流,外加保護(hù)電路發(fā)生動(dòng)作,停止系統(tǒng)開(kāi)關(guān)工作。
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外加保護(hù)電路讓系統(tǒng)停止開(kāi)關(guān)工作,有以下幾種方法:
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(1)外加保護(hù)電路拉低芯片的供電管腳VCC。
(2)外加保護(hù)電路拉低芯片的Comp管腳。
(3)外加保護(hù)電路拉低芯片的使能管腳EN。
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當(dāng)系統(tǒng)短路過(guò)流狀態(tài)去除后,保護(hù)電路不再起作用,系統(tǒng)可以繼續(xù)工作。如果希望短路過(guò)流發(fā)生后,系統(tǒng)一直不工作,可以使用一組NPN和PNP三極管對(duì)管組成鎖存Latch電路,如圖4所示。
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圖4? 保護(hù)鎖存電路
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Vs為過(guò)流檢測(cè)信號(hào),當(dāng)Vs信號(hào)為高電平時(shí),S2導(dǎo)通,將Comp管腳拉低,同時(shí)S1也導(dǎo)通,并維持S2導(dǎo)通,即使此后短路過(guò)流狀態(tài)消除,Vs信號(hào)被去除,保護(hù)電路的狀態(tài)并不改變,系統(tǒng)依然不工作。除非重新上電,系統(tǒng)重新起動(dòng)后,才能工作。
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基于UC3842的反激變換器,輸出短路時(shí),變壓器電流并沒(méi)有飽和,其原因在于:芯片UC3842的供電管腳VCC使用輔助繞組供電,輸出短路時(shí),輸出繞組電壓非常低,自然拉低輔助繞組的耦合電壓,也就拉低UC3842供電管腳VCC電壓,VCC電壓低于芯片UVLO時(shí),芯片就停止工作,實(shí)際上就是使用上面的第一種方法。
在反激變換器中,有時(shí)候?yàn)榱俗屝酒峁└於搪繁Wo(hù),可以在輔助繞組整流二極管輸出端加一個(gè)電阻,消耗變壓器輔助繞組的漏感提供的能量,保證管腳VCC的并聯(lián)電容快速放電。
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現(xiàn)在電源變換器芯片內(nèi)部都集成了過(guò)流保護(hù)功能,保護(hù)方法各不相同,后面的文章繼續(xù)介紹。