工程師解析如何把電源的功率限制變?yōu)殡娏飨拗?/h1>
故障保護是所有電源控制器都有的一個重要功能。幾乎所有應(yīng)用都要求使用過載保護。對于峰值電流模式控制器而言，可以通過限制最大峰值電流來輕松實現(xiàn)這個功能。在非連續(xù)反向結(jié)構(gòu)中，為峰值電流設(shè)置限制可最終限制電源從輸入源獲得的功率。但是，限制輸入功率不會限制電源的輸出電流。如果出現(xiàn)過載故障時輸入功率保持不變，則隨著輸出電壓下降，輸出電流增加(P=V*I)。發(fā)生短路故障時，這會讓輸出整流器或者系統(tǒng)配電出現(xiàn)難以接受的高損耗。本文利用一些小小的創(chuàng)新和數(shù)個額外組件，為您介紹如何對一個簡單的峰值電流限制進行改進，將電源變?yōu)橐粋€恒定電流源，而非一個恒定功率源。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/227213.htm
圖1理想功率限制產(chǎn)生強電流，觸發(fā)故障保護
圖1對比了理想輸出電壓與恒定功率和恒定電流限制的電流。這兩種情況下，過載故障保護都在120%最大額定負載時起作用。在一個使用功率限制的系統(tǒng)中，輸出電流隨負載增加電壓反向而增加。在現(xiàn)實系統(tǒng)中，有功率限制的反向控制器會在某個點關(guān)閉，原因是控制器的偏壓損耗。相比之下，一旦超出過載閾值，有電流限制的系統(tǒng)便會立刻關(guān)閉?？梢酝ㄟ^直接檢測隔離邊界二次側(cè)的負載電流，實現(xiàn)電流限制。但是，這樣做需要使用更多的電路，效率降低，而且成本一般會高得離譜。
圖2這種5V/5W反向通過限制峰值變壓器電流實現(xiàn)功率限制
圖2顯示了移動設(shè)備充電器所使用的一個5V/5W非連續(xù)反向電源的原理圖。在范例中，我們使用了UCC28C44控制器，它是大多數(shù)經(jīng)濟型峰值電流模式控制器的代表，擁有功率限制功能。在非連續(xù)反向結(jié)構(gòu)中，如果忽略效率影響，可使用方程式1計算負載功率(P)的大小。
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方程式 1由于變壓器電感(L)和開關(guān)頻率(f)均固定不變，因此可以通過控制峰值一次電流(IPK)對輸出電壓(VOUT)進行調(diào)節(jié)。隨著輸出電流(IOUT)增加，電壓開始下降，但是反饋環(huán)路要求更高的峰值電流來維持電壓調(diào)節(jié)。
在反向轉(zhuǎn)換器內(nèi)部，引腳1(COMP)的反饋電壓與峰值電流比較。通過R15檢測該峰值電流，并使用R13和C12對其進行濾波。如果電流檢測電壓達到過1V，則單獨過電流比較器終止脈沖。這種峰值電流限制方法與大多數(shù)脈寬調(diào)制(PWM)控制器中的功率限制過程一樣。如果功率保持恒定不變，則可以將方程式1改寫為方程式2。在該方程式中，我們可以清楚地看到功率限制時輸出電流同輸出電壓成反比。
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方程式2一些控制器還包含有一個第二級比較器。峰值電流高出第一級比較器時，第二級比較器跳閘斷開。這種第二級比較器觸發(fā)控制器完全關(guān)閉，并發(fā)起一個重啟周期。設(shè)計這種額外保護級的目的是防止電源本身發(fā)生災(zāi)難性故障，例如：短路變壓器繞組或者短路輸出二極管。但是，涉及短路負載的大多數(shù)情況一般都不會超出該閾值。
圖3 偏置電壓降至控制器關(guān)閉閾值以下后，轉(zhuǎn)換器不再提供功率限制電流
圖3顯示了輸出和偏置電壓與圖2所示電路負載電流的對比情況。輸出V-I特性非常接近于圖1所示理想情況。負載電流達到約1.3A時開始功率限制。隨著負載增加，輸出電壓開始下降。由于偏置電壓是輸出電壓的反映，因此它也開始下降。偏置電壓降至9V關(guān)閉水平以下時，PWM控制器關(guān)閉。在該例子中，盡管在負載超出1.3A時峰值電流限制激活，但是在轉(zhuǎn)換器關(guān)閉以前負載電流會為額定負載的兩倍以上。在某些應(yīng)用中，這是不可接受的。反之，一種更加方形的V-I曲線則較為理想。負載增加超出功率限制點后偏置電壓隨之下降，利用這一特性，我們可以非常輕松地獲得這種V-I曲線。只需增加數(shù)個組件，便可利用不斷降低的偏置電壓在功率限制期間折疊開關(guān)頻率。這樣做以后，開關(guān)頻率被強制與輸出電壓成正比關(guān)系，如方程式3所示。將方程式3代入方程式2后我們發(fā)現(xiàn)，理論上講功率限制期間輸出電流不再依賴于輸出電壓的大小，參見方程式4
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故障保護是所有電源控制器都有的一個重要功能。幾乎所有應(yīng)用都要求使用過載保護。對于峰值電流模式控制器而言，可以通過限制最大峰值電流來輕松實現(xiàn)這個功能。在非連續(xù)反向結(jié)構(gòu)中，為峰值電流設(shè)置限制可最終限制電源從輸入源獲得的功率。但是，限制輸入功率不會限制電源的輸出電流。如果出現(xiàn)過載故障時輸入功率保持不變，則隨著輸出電壓下降，輸出電流增加(P=V*I)。發(fā)生短路故障時，這會讓輸出整流器或者系統(tǒng)配電出現(xiàn)難以接受的高損耗。本文利用一些小小的創(chuàng)新和數(shù)個額外組件，為您介紹如何對一個簡單的峰值電流限制進行改進，將電源變?yōu)橐粋€恒定電流源，而非一個恒定功率源。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/227213.htm
圖1理想功率限制產(chǎn)生強電流，觸發(fā)故障保護
圖1對比了理想輸出電壓與恒定功率和恒定電流限制的電流。這兩種情況下，過載故障保護都在120%最大額定負載時起作用。在一個使用功率限制的系統(tǒng)中，輸出電流隨負載增加電壓反向而增加。在現(xiàn)實系統(tǒng)中，有功率限制的反向控制器會在某個點關(guān)閉，原因是控制器的偏壓損耗。相比之下，一旦超出過載閾值，有電流限制的系統(tǒng)便會立刻關(guān)閉?？梢酝ㄟ^直接檢測隔離邊界二次側(cè)的負載電流，實現(xiàn)電流限制。但是，這樣做需要使用更多的電路，效率降低，而且成本一般會高得離譜。
圖2這種5V/5W反向通過限制峰值變壓器電流實現(xiàn)功率限制
圖2顯示了移動設(shè)備充電器所使用的一個5V/5W非連續(xù)反向電源的原理圖。在范例中，我們使用了UCC28C44控制器，它是大多數(shù)經(jīng)濟型峰值電流模式控制器的代表，擁有功率限制功能。在非連續(xù)反向結(jié)構(gòu)中，如果忽略效率影響，可使用方程式1計算負載功率(P)的大小。
由于變壓器電感(L)和開關(guān)頻率(f)均固定不變，因此可以通過控制峰值一次電流(IPK)對輸出電壓(VOUT)進行調(diào)節(jié)。隨著輸出電流(IOUT)增加，電壓開始下降，但是反饋環(huán)路要求更高的峰值電流來維持電壓調(diào)節(jié)。
在反向轉(zhuǎn)換器內(nèi)部，引腳1(COMP)的反饋電壓與峰值電流比較。通過R15檢測該峰值電流，并使用R13和C12對其進行濾波。如果電流檢測電壓達到過1V，則單獨過電流比較器終止脈沖。這種峰值電流限制方法與大多數(shù)脈寬調(diào)制(PWM)控制器中的功率限制過程一樣。如果功率保持恒定不變，則可以將方程式1改寫為方程式2。在該方程式中，我們可以清楚地看到功率限制時輸出電流同輸出電壓成反比。
一些控制器還包含有一個第二級比較器。峰值電流高出第一級比較器時，第二級比較器跳閘斷開。這種第二級比較器觸發(fā)控制器完全關(guān)閉，并發(fā)起一個重啟周期。設(shè)計這種額外保護級的目的是防止電源本身發(fā)生災(zāi)難性故障，例如：短路變壓器繞組或者短路輸出二極管。但是，涉及短路負載的大多數(shù)情況一般都不會超出該閾值。
圖3 偏置電壓降至控制器關(guān)閉閾值以下后，轉(zhuǎn)換器不再提供功率限制電流
圖3顯示了輸出和偏置電壓與圖2所示電路負載電流的對比情況。輸出V-I特性非常接近于圖1所示理想情況。負載電流達到約1.3A時開始功率限制。隨著負載增加，輸出電壓開始下降。由于偏置電壓是輸出電壓的反映，因此它也開始下降。偏置電壓降至9V關(guān)閉水平以下時，PWM控制器關(guān)閉。在該例子中，盡管在負載超出1.3A時峰值電流限制激活，但是在轉(zhuǎn)換器關(guān)閉以前負載電流會為額定負載的兩倍以上。在某些應(yīng)用中，這是不可接受的。反之，一種更加方形的V-I曲線則較為理想。負載增加超出功率限制點后偏置電壓隨之下降，利用這一特性，我們可以非常輕松地獲得這種V-I曲線。只需增加數(shù)個組件，便可利用不斷降低的偏置電壓在功率限制期間折疊開關(guān)頻率。這樣做以后，開關(guān)頻率被強制與輸出電壓成正比關(guān)系，如方程式3所示。將方程式3代入方程式2后我們發(fā)現(xiàn)，理論上講功率限制期間輸出電流不再依賴于輸出電壓的大小，參見方程式4
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