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如何对一个简单的峰值电流限制进行改进

电子设计 来源:网友电子设计发布 作者:网友电子设计发布 2021-11-19 15:08 次阅读

故障保护是所有电源控制器都有的一个重要功能。几乎所有应用都要求使用过载保护。对于峰值电流模式控制器而言,可以通过限制最大峰值电流来轻松实现这个功能。在非连续反向结构中,为峰值电流设置限制可最终限制电源从输入源获得的功率。但是,限制输入功率不会限制电源的输出电流。如果出现过载故障时输入功率保持不变,则随着输出电压下降,输出电流增加(P=V*I)。发生短路故障时,这会让输出整流器或者系统配电出现难以接受的高损耗。本文利用一些小小的创新和数个额外组件,为您介绍如何对一个简单的峰值电流限制进行改进,将电源变为一个恒定电流源,而非一个恒定功率源。

图1对比了理想输出电压与恒定功率和恒定电流限制的电流。这两种情况下,过载故障保护都在120%最大额定负载时起作用。在一个使用功率限制的系统中,输出电流随负载增加电压反向而增加。在现实系统中,有功率限制的反向控制器会在某个点关闭,原因是控制器的偏压损耗。相比之下,一旦超出过载阈值,有电流限制的系统便会立刻关闭。可以通过直接检测隔离边界二次侧的负载电流,实现电流限制。但是,这样做需要使用更多的电路,效率降低,而且成本一般会高得离谱。

图2 显示了移动设备充电器所使用的一个5V/5W 非连续反向电源的原理图。在范例中, 我们使用了UCC28C44 控制器,它是大多数经济型峰值电流模式控制器的代表,拥有功率限制功能。在非连续反向结构中,如果忽略效率影响,可使用方程式1 计算负载功率(P)的大小。

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由于变压器电感(L)和开关频率(f)均固定不变,因此可以通过控制峰值一次电流(IPK)对输出电压(VOUT)进行调节。随着输出电流(IOUT)增加,电压开始下降,但是反馈环路要求更高的峰值电流来维持电压调节。

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在反向转换器内部,引脚1(COMP)的反馈电压与峰值电流比较。通过R15 检测该峰值电流,并使用R13 和C12 对其进行滤波。如果电流检测电压达到过1V,则单独过电流比较器终止脉冲。这种峰值电流限制方法与大多数脉宽调制(PWM)控制器中的功率限制过程一样。如果功率保持恒定不变,则可以将方程式1 改写为方程式2。在该方程式中, 我们可以清楚地看到功率限制时输出电流同输出电压成反比。

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一些控制器还包含有一个第二级比较器。峰值电流高出第一级比较器时,第二级比较器跳闸断开。这种第二级比较器触发控制器完全关闭,并发起一个重启周期。设计这种额外保护级的目的是防止电源本身发生灾难性故障,例如:短路变压器绕组或者短路输出二极管。但是,涉及短路负载的大多数情况一般都不会超出该阈值。

图3 显示了输出和偏置电压与图2 所示电路负载电流的对比情况。输出V-I 特性非常接近于图1 所示理想情况。负载电流达到约1.3A 时开始功率限制。随着负载增加,输出电压开始下降。由于偏置电压是输出电压的反映,因此它也开始下降。偏置电压降至9V 关闭水平以下时,PWM控制器关闭。

在该例子中,尽管在负载超出1.3A 时峰值电流限制激活,但是在转换器关闭以前负载电流会为额定负载的两倍以上。在某些应用中,这是不可接受的。反之,一种更加方形的V-I 曲线则较为理想。负载增加超出功率限制点后偏置电压随之下降,利用这一特性,我们可以非常轻松地获得这种V-I 曲线。只需增加数个组件,便可利用不断降低的偏置电压在功率限制期间折叠开关频率。这样做以后,开关频率被强制与输出电压成正比关系,如方程式3 所示。将方程式3 代入方程式2 后我们发现,理论上讲功率限制期间输出电流不再依赖于输出电压的大小,参见方程式4.

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用于创建这种改进型电流限制而增加的一些组件突出显示在图4 所示原理图中。对内部振荡器编程,通过R10、R8 和C11 设置反向转换器的开关频率。一个内部5V 源通过R10 和R8 对C11 充电。随着偏置电压下降,R7 和R11 的电阻分压器开启Q1,并优先于内部5V 源进行控制,从而降低开关频率。偏置二极管(D4)现在必须为一种双串联二极管, 这样R7 和R11 才不会在启动期间使控制器的电流改道。需正确选择R7 和R11 的值,以便让Q1 在正常运行期间处于关闭状态,仅在偏置电压降至约12V 以下时才开启。

添加这些组件的结果如图5 所示。同前面一样,电源进入功率限制时输出电压和偏置电压均开始下降。一旦偏置电压降至足以开启Q1 的程度,负载电流的任何继续增加都会使开关频率降低,其反过来又会降低供给负载的有效功率。这会加快过电流关闭过程。注意, 在输出电流和输出电压之间仍然存在一定程度的相互关系,这是因为变压器内部的偏置绕组耦合和有限的Q1 增益。尽管存在这些缺点,但是增加的电路还是极大地改善了V-I 特性。实际上,电源现在不会向故障负载提供1.5A 以上的电流。

总之,拥有功率限制保护的电源仍然可以为过载输出提供大量的电流。如本文所述,只需在一次侧控制器周围添加少数几个组件,便可轻松且低成本地实现精确的电流限制功能。尽管它针对的反向转换器,但是这种方案也可以减少降压转换器的多余电流。

责任编辑:haq

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    每个显示面板4个STP24DP05BTR驱动 8分的面板可以使用串联的扁平带状电缆级联 符合RoHS 在STEVAL-ILL032V1是一个演示板特色的STP24DP05BTR RGB LED驱动器来驱动RGB LED矩阵面板。
    发表于 05-20 20:05 129次 阅读

    STEVAL-ILL013V1 STEVAL-ILL013V180 W离线PFC和LED驱动器演示板具有调光基础上 L6562A

    5和EN61000-3-2兼容 EMI滤波器来实现 非隔离SMPS 通用PWM调光输入(外部电路板) 80瓦的LED驱动器 高效率(〜90%) 350毫安700 mA和1所述的LED电流设置 高功率因数:0.982为230 V / 50Hz的AC 亮度调节0和100%之间的 宽输入电压范围:88 V至265 VAC 在照明应用中使用高功率LED的正变得越来越流行,由于在照明效率,更长的寿命,更高的可靠性和总体成本效率迅速改善。调光funtions更容易在发光二极管实现的,它们是更健壮的,并且与其它光源提供更宽的设计灵活性。...
    发表于 05-20 20:05 192次 阅读

    STEVAL-ILL033V1 STEVAL-ILL033V1基于所述STM32F103VET6用于多色LED矩阵演示板主/从控制

    与PS2键盘接口用于数据输入单元 与LCD控制单元,用于显示文本和背景色彩选择 8块板可以串接使用扁平带状电缆 3种配置模式:数据输入,音频回放或示范 符合RoHS 在STEVAL- ILL033V1演示板功能作为一个完整的系统的STP24DP05 RGB LED驱动器的能力来驱动RGB LED矩阵显示面板,其显示的控制基板。完整的系统包括一个控制基板和一个RGB LED矩阵显示面板。
    发表于 05-20 20:05 115次 阅读

    STEVAL-IPM07F STEVAL-IPM07F基于STGIF7CH60TS-L SLLIMM 700瓦特电机控制电源板™第二系列IPM

    电压:125 - 400伏 DC 额定功率:高达700瓦 额定电流:高达4.2 A 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 对于当前两个选项感测:专用的运算放大器或通过MCU 过电流硬件保护 在STEVAL-IPM07F是基于小低的小型电动机驱动电源板-Loss智能模塑模块SLLIMM™2
    发表于 05-20 20:05 190次 阅读

    EVAL6482H-DISC 开发工具 探索L6482电机控制器

    范围从10.5 V至为85V 相电流高达7.8 A 均方根 足迹为外部谐振器或晶体 切换电动机输入控制 键开始/左 - 停止/右 - 复位 就绪,忙碌,错误LED指示器 备用LED指标具体设计 在L6482发现是一个低成本的开发工具来探索L6482马达控制器。
    发表于 05-20 20:05 221次 阅读

    STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

    ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
    发表于 05-20 20:05 360次 阅读

    PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

    尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT™) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。
    发表于 05-20 19:05 374次 阅读

    CLOUD-ST25TA02KB CLOUD-ST25TA02KB评估板ST25TA系列

    使用的印刷电路板用 ST25TA02KB-P NFC /在UFDFPN5ECOPACK®2包RFID标签 19平方毫米单层感性天线,蚀刻在PCB上 非接触式接口 TruST25™数字签名 NFC论坛类型4标签 ISO / IEC 14443类型A 106 kbps的数据速率 内部50 pF的调谐电容,从而实现了小电感天线设计 内存 256字节(2千位)EEPROM与NDEF数据支持 200年的数据保存 百万擦除 - 写周期耐力 128位的密码数据保护 用抗撕裂特征 数字垫 可配置的通用指示输出(GPO),例如,RF场检测 云ST25TA02KB是现成使用的演示板旨在评价T他ST25TA02KB-P设备。...
    发表于 05-20 19:05 281次 阅读

    PA192 PA192PA192是用于在小的 硬币 的形式因子音频分析和特别适合于与传感器语音识别和语音asssistant应用程序 处理和无线产品加速器

    发表于 05-20 11:05 181次 阅读

    TERARANGER EVO TeraRanger EvoLED测距仪 60米范围内仅重9克 完美的机器人 自动化和智能城市

    发表于 05-20 11:05 163次 阅读

    SENSIBLE SensiBLE准备使用的BLE上系统模块填充有传感器 低功率的ARM 32位Cortex®-M4 CPU和硬币型电池 今天加快物联网产品的研发!

    发表于 05-20 11:05 206次 阅读

    EMB1061 EMB1061EMB1061是采用ST BlueNRG-132 BLE模块

    发表于 05-20 11:05 224次 阅读

    DHCOM STM32MP1 DHCOM STM32MP1该DHCOM STM32MP15x是我们的可插拔计算机模块系列(SODIMM-200)的一部分 它配备了新的STM32MP1系列处理器

    发表于 05-20 11:05 536次 阅读

    FERRITE FLEXIBLE SHEET ANTENNAS Ferrite flexible sheet antennas用于NFC和RF-ID的小柔性片天线 结合了我们的高性能磁座

    发表于 05-20 11:05 458次 阅读

    STEVAL-IPMM15B STEVAL-IPMM15B基于STIB1560DM2T-L SLLIMM第二系列MOSFET IPM 1500W的电机控制电源板

    电压:125 - 400 VDC 额定功率:高达1500W的 允许的最大功率是关系到应用条件和冷却系统 额定电流:最多6 A 均方根 输入辅助电压:高达20 V DC 单或用于电流检测的三分流电阻(与感测网络) 电流检测两个选项:专用的运算放大器或通过MCU 过电流保护硬件 IPM的温度监测和保护 在STEVAL-IPMM15B是配备有SLLIMM(小低损耗智能模制模块)第二串联模块的小型电动机驱动电源板第二系列n沟道超结的MDmesh™DM2快速恢复二极管(STIB1560DM2T-L)。它提供了一种用于驱动高功率电机,用于宽范围的应用,如白色家电,空调机,压缩机,电动风扇,高端电动工具,并且通常为电机驱动器3相逆变器的负担得起的,易于使用的解决方案。...
    发表于 05-20 10:05 174次 阅读