一種適用于寬范圍輸入的Boost Buck-BoostFlyback變換器的改進(jìn)型限流保護(hù)電路

摘要：分析了一種限流保護(hù)電路應(yīng)用于Boost，Buck?Boost，F(xiàn)lyback等輸出電流斷續(xù)型拓?fù)鋾r(shí)限流保護(hù)電流隨輸入電壓變化而波動(dòng)的原理。之后對(duì)該限流保護(hù)電路加以改進(jìn)，使限流保護(hù)電流的波動(dòng)范圍限制在一個(gè)較小的范圍之內(nèi)。最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該改進(jìn)方案的有效性。

關(guān)鍵詞：限流保護(hù)；寬范圍；輸出電流斷續(xù)

1 概述

DC/DC變換器限流保護(hù)電路取樣電流主要有兩種方法：一是霍爾元件取樣，但是成本較高；二是小電阻取樣，但是當(dāng)取樣電流較大時(shí)會(huì)遇到很大的困難。圖1所示的限流保護(hù)電路可以解決小電阻取樣大電流的困難，同時(shí)成本也不高。此電路適用于變換器工作在CCM模式。圖2給出了該限流保護(hù)電路的主要工作波形。圖中VD1為二極管D1的導(dǎo)通壓降，va及vb分別為A及B點(diǎn)電壓。vb在實(shí)際電路中波動(dòng)很小，相當(dāng)于一個(gè)直流電壓，它的值近似為Vamax－VD1。vb隨著iin的增大而增大，當(dāng)vb達(dá)到Vref時(shí)，限流保護(hù)電路開始工作，電路處于限流保護(hù)狀態(tài)。

2 應(yīng)用于BoostBuck?BoostFlyback拓?fù)鋾r(shí)限流保護(hù)電路分析

限流保護(hù)電路取樣流過二極管電流iD，如圖3(a)、(b)、(c)所示。之前在概述中已經(jīng)提到：vb=vamax－VD1，這樣有：

vb=Vamax－VD1=iDmaxnR－VD1 （1）

式中：n為電流互感器原副邊匝數(shù)比。

對(duì)于Boost，Buck?Boost，F(xiàn)lyback變換器有：

vb隨著io的增大而增大，當(dāng)vb增大到等于Vref時(shí)，io被限定在最大值Iomax即為限流值。

在實(shí)際電路中，變換器工作在CCM模式，電感L設(shè)計(jì)得較大，而且二極管壓降VD1很?。鬟^電流很小），這樣，為方便分析，式（4）可以近似為

式（5）中，n，R為定值。若取定一個(gè)Vref值，由于占空比D隨著輸入電壓的增大而減小，因此，根據(jù)式（5）限流值將隨著輸入電壓的增大而增大。比較圖3（d）及圖3（e）也可以清楚地看到限流值隨輸入電壓的變化。

3 改進(jìn)方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

在具體實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，限流保護(hù)值隨著輸入電壓變化的幅度較大（這個(gè)從圖4中就可以看到），給限流保護(hù)的精度帶來了一定的影響，因此，需要采取一定的措施來減小它的變化范圍。

改進(jìn)方案主要有兩種：一是讓參考電壓Vref跟隨輸入電壓的變化而反向變化；二是給比較器負(fù)端一個(gè)補(bǔ)償電壓，補(bǔ)償電壓應(yīng)隨輸入電壓同向變化。

本文采用了輸入電壓作為補(bǔ)償信號(hào)的方法。輸入電壓通過一個(gè)電阻R4接到比較器負(fù)端（圖1中的C點(diǎn)），此時(shí)限流保護(hù)電路工作并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有：

領(lǐng)先的模擬和DSP汽車無線電半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商皇家飛利浦電子宣布推出TEF690x系列單片模擬汽車無線電解決方案，在降低系統(tǒng)總成本的前提下，可提供最先進(jìn)的調(diào)諧性能。飛利浦高集成TEF690x系列芯片解決方案將飛利浦成熟的前端調(diào)諧器和模擬信號(hào)處理技術(shù)集成在一起，大大減少了構(gòu)建高性能汽車無線電所需的外部元器件數(shù)，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，從而比現(xiàn)有的雙芯片解決方案系統(tǒng)成本低出了20％～30％。

面對(duì)市場(chǎng)上持續(xù)的價(jià)格壓力，亞洲制造商需要成本更有效的汽車半導(dǎo)體解決方案，這要求解決方案走更為集成化的發(fā)展道路。飛利浦及時(shí)推出符合用戶所需的單片解決方案，該方案提供完整的前端和模擬信號(hào)處理功能，用以建構(gòu)高質(zhì)量模擬汽車無線電，包括FM/AM調(diào)諧器、立體聲解碼器、自適應(yīng)IF帶寬控制、精確臨近信道抑制（PACS）和高級(jí)弱信號(hào)處理。

此外，TEF690x設(shè)備提供了高度靈活的輸入選擇性，可選配集成的RDS解調(diào)器和/或連接外部音響處理器或?qū)Ш?呼叫輸入。該多功能設(shè)置使汽車無線電制造商需通過單一的平臺(tái)就能為亞洲、歐洲和美國市場(chǎng)服務(wù)。式（6）中的vb即為式（5）中的Vref，將式（5）代入式（6）有：

參考電壓Vref可以根據(jù)未加補(bǔ)償時(shí)的限流值先確定一個(gè)數(shù)值，使未加補(bǔ)償時(shí)的最小限流值比需要的限流值略大，因?yàn)榧友a(bǔ)償以后，補(bǔ)償值會(huì)抵消一部分的限流值，見圖4。

R4的取值理論上可以根據(jù)最大輸入電壓和最小輸入電壓時(shí)限流值相等來求得，各種拓?fù)淙≈挡煌?。以Boost為例，假定最大輸入電壓Vin2，最小輸入電壓Vin1，相對(duì)應(yīng)的限流值分別為iomax2和iomax1。令iomax2=iomax1，另外有：

R2的取值由PI環(huán)節(jié)的要求設(shè)定，則R4可由式（9）得到，再在具體實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行微調(diào)，以求得到最小的限流值變化范圍。

限流值整體的大小變化可以通過調(diào)節(jié)Vref實(shí)現(xiàn)。Vref調(diào)整以后，R4也要做相應(yīng)的調(diào)整。

圖3

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

一個(gè)帶有限流保護(hù)電路和補(bǔ)償電路的Flyback

變換器驗(yàn)證了上述的理論結(jié)果，其電路規(guī)格和主要參數(shù)如下：

輸入電壓Vin 9～15V；

輸出電壓Vo 5V；

輸出功率Po 35W；

工作頻率f 100kHz。

圖4給出了反激變換器限流保護(hù)電路補(bǔ)償前和補(bǔ)償后實(shí)測(cè)限流值隨輸入電壓變化的曲線。限流值在補(bǔ)償前隨輸入電壓的變化有較大的?動(dòng)，而加了補(bǔ)償電路之后限流值的穩(wěn)定性有了明顯的改善，證明了該補(bǔ)償電路的有效性。


5 結(jié)語

本文分析了一種限流保護(hù)電路應(yīng)用于寬范圍輸入的Boost，Buck?Boost，F(xiàn)lyback拓?fù)鋾r(shí)的工作狀況，并提出了一種改進(jìn)方案用于克服限流保護(hù)點(diǎn)隨輸入電壓變化而波動(dòng)過大的缺點(diǎn)。該方案簡(jiǎn)單有效，大大提高了寬范圍輸入的Boost，Buck-Boost，F(xiàn)lyback變換器限流保護(hù)點(diǎn)的精確度和穩(wěn)定度。