如何处理高 di/dt 负载瞬态（2） 控制器, 整流器, 如何, 创新, 电源

yuyang911220

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 1 理想功率限制产生强电流，触发故障保护。
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。
方程式 1
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。

图 2 这种5V/5W反向通过限制峰值变压器电流实现功率限制。
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。
方程式2
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。