對(duì)負(fù)載的保護(hù)以及因負(fù)載失效（短路或斷路）而對(duì)電源的保護(hù)是設(shè)計(jì)中需要考慮的很重要的方面^[1-2]。在反激式變換器中，當(dāng)負(fù)載變化超出一定范圍，副邊二極管續(xù)流I_s時(shí)間過長(zhǎng)，且在下一個(gè)開關(guān)周期開始之前，I_s沒有下降至零，則電路系統(tǒng)將從電流斷續(xù)的工作模式(CDM)下進(jìn)入電流連續(xù)的工作模式(CCM)。對(duì)于剛進(jìn)入電流連續(xù)模式下的電路，其傳遞函數(shù)與電流斷續(xù)下的傳遞函數(shù)有很大不同，如果此時(shí)誤差放大器帶寬不能迅速減小，則電路將會(huì)發(fā)生振蕩^[3]，這將使AC/DC開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。

    為有效地實(shí)現(xiàn)電路應(yīng)用系統(tǒng)負(fù)載短路和斷路保護(hù)，同時(shí)能避免反激式電路系統(tǒng)從電流斷續(xù)工作模式突然進(jìn)入電流連續(xù)的工作模式，本文根據(jù)反激式變換器原邊繞組和副邊繞組之間的耦合作用，通過采集副邊電流減小至零時(shí)原邊繞組變化的電壓來檢測(cè)副邊電流過零的時(shí)間點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)負(fù)載短路和斷路保護(hù)，并結(jié)合反激式原邊反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)了恒流恒壓雙模式驅(qū)動(dòng)。

1 副邊電流過零檢測(cè)

    副邊電流過零檢測(cè)電路就是檢測(cè)副邊電流從功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的峰值I_spk以斜率-V_o/L_s下降至零的時(shí)刻。

    當(dāng)副邊電流下降至零時(shí)，由于二極管的單向?qū)ㄗ饔茫儔浩鞲边叺碾姼羞M(jìn)入高阻狀態(tài)，原邊電感和開關(guān)管寄生電容組成的LC振蕩電路將發(fā)生振蕩^[4-5]。

    副邊電流斷續(xù)的工作模式下，在反激式轉(zhuǎn)換器的停滯時(shí)間內(nèi)，寄生電容將與V_dc周圍的主要電感發(fā)生振蕩。寄生電容上的電壓會(huì)隨振蕩而變化，但始終具有相當(dāng)大的數(shù)值，如圖1所示。

    LC振蕩頻率為：

其中，L_leak表示變壓器的漏感。

    諧振的發(fā)生提供了一個(gè)判斷副邊電流減小至零的一個(gè)信號(hào)。通過電壓采樣網(wǎng)絡(luò)，采集Vd的變化，并將信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，當(dāng)副邊電流降為零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)。副邊電流過零信號(hào)曲線如圖2所示。

    副邊電流過零檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載短路和斷路保護(hù)。短路時(shí)，負(fù)載總電阻減小，根據(jù)反激式電流變化斜率k=V/L，副邊電流從峰值減小至零的時(shí)間變長(zhǎng)，反之?dāng)嗦窌r(shí)，負(fù)載總電阻增大，副邊電流從峰值減小至零的時(shí)間變短。在副邊電流開始導(dǎo)通時(shí)，芯片中設(shè)置兩個(gè)時(shí)序信號(hào)T₁和T₂，將T_off限制在這兩個(gè)時(shí)序信號(hào)之間，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)于輕載和過載的判斷，并在負(fù)載失效時(shí)有效地對(duì)電源進(jìn)行保護(hù)^[6-7]。

    根據(jù)圖3所示，過流檢測(cè)信號(hào)控制新的開關(guān)周期的開始（由于本文采用頻率調(diào)制模式，過流檢測(cè)信號(hào)并不能控制新的周期在何時(shí)開始，只是新周期開始的一個(gè)必要而不充分條件），如果過零檢測(cè)信號(hào)是在兩個(gè)時(shí)序信號(hào)T₁和T₂之間到來，則系統(tǒng)正常工作。當(dāng)在T₂信號(hào)之前，則判斷負(fù)載斷路；當(dāng)在T₁信號(hào)之后，則判斷為負(fù)載短路。

2 反激式應(yīng)用電路

    芯片的應(yīng)用電路采用帶有輔助繞組的反激式原邊反饋結(jié)構(gòu)，其隔離變壓器兼具存儲(chǔ)能量和電氣隔離的雙重作用，并且與正激式變換器相比，不需要磁復(fù)位繞組，因此被廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合，如圖4所示。

    輔助繞組Na主要有以下兩個(gè)作用：

    (1)為芯片供電；

    (2)通過反激式變換器T₁的耦合作用檢測(cè)副邊輸出的電流電壓信息。

    當(dāng)副邊的整流二極管D0導(dǎo)通時(shí)，由輔助繞組供電的V_DD電壓反映了輸出電壓的信息。根據(jù)變壓器耦合的電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系，芯片內(nèi)部電源電壓為：

    反激式變換器的原邊和副邊電流變化如圖5所示。

    若T_d>0，則芯片工作于電流斷續(xù)狀態(tài)，此時(shí)，所有導(dǎo)通階段電源通過初級(jí)線圈儲(chǔ)存的能量在開關(guān)管下一個(gè)周期開始之前已經(jīng)全部傳送給負(fù)載，其平均電流等于三角波的平均值與其占空比T_off/T的乘積。

3 恒流工作模式

    恒流工作模式主要通過脈沖頻率調(diào)制(PFM)來實(shí)現(xiàn)。每一次的脈沖頻率調(diào)制都在過零檢測(cè)電路檢測(cè)到過零點(diǎn)之后再釋放信號(hào)，以此避免在負(fù)載短路或者斷路狀態(tài)下工作。

    通常的脈沖頻率調(diào)制模式都采用BOOST變換器加主功率變換器的雙極有源變換方案。

    當(dāng)負(fù)載加重導(dǎo)致的輸出電壓下降時(shí)，將被輔助繞組檢測(cè)到，并且通過芯片內(nèi)部的壓控振蕩器，使開關(guān)管的工作頻率降低以控制輸出電流恒定。

    如圖6所示，V_fb是從輔助繞組反饋的電壓V_DD中分壓而來的，V_fb=V_DD R₁/R。通過電壓跟隨器的作用使得I_t=V_fb/R_t。結(jié)合式(2)，得：

    因此I_t的大小就反映了輸出端的信息。電流I_t通過電流鏡的鏡像作用，分別得到I₁=μ₁ I_t和I₂=μ₂ I_t。對(duì)電容C充電電流I_c=I₁，對(duì)電容C放電電流I_d=I₂-I₁。鋸齒波信號(hào)在VH和VL之間振蕩，通過比較器和SR觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)V_pulse。

    脈沖信號(hào)的周期T是電容C的充電時(shí)間和放電時(shí)間之和，即：

式(12)說明在圖6所示的調(diào)制模式下，副邊輸出電流I_out與負(fù)載R_o和輸入電壓V_dc無關(guān)。I_ppk是由內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓和外圍的采樣電阻R_cs決定，通過選擇合理的R_cs，便可以得到預(yù)設(shè)定的恒定輸出電流。恒流模式仿真結(jié)果如圖7所示。

4 恒壓工作模式

    在恒壓工作模式下，開關(guān)管處于間歇式工作狀態(tài)，正如仿真結(jié)果圖8所示。

    從圖8可以看出，當(dāng)輸出負(fù)載變輕，相應(yīng)輸出電壓增大，當(dāng)輔助繞組檢測(cè)到這一信號(hào)時(shí)，將控制芯片內(nèi)部的壓控振蕩器停止工作，此時(shí)開關(guān)管被關(guān)閉，輸入端的能量不能通過反激式變壓器傳遞到輸出端。輔助繞組不斷地檢測(cè)輸出端信號(hào)，當(dāng)輸出電壓下降時(shí)會(huì)控制振蕩器重新開始工作。

    本文根據(jù)反激式變換器設(shè)計(jì)了一款帶有副邊電流過零離線恒壓恒流雙模式的AC/DC驅(qū)動(dòng)電路。通過檢測(cè)副邊電流過零點(diǎn)時(shí)，由于原邊電感和開關(guān)管的寄生電容產(chǎn)生LC振蕩，通過采集振蕩信號(hào)來判斷過零點(diǎn)，得到副邊二極管續(xù)流時(shí)間。將續(xù)流時(shí)間控制在兩個(gè)時(shí)序信號(hào)之間，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)于負(fù)載短路或者斷路情況的判斷和保護(hù)。在反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，通過脈沖頻率調(diào)制實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)，通過間歇式工作模式實(shí)現(xiàn)了恒壓驅(qū)動(dòng)。

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