《電子技術(shù)應(yīng)用》
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準諧振電源的過載保護
摘要: 準諧振(QR) 開關(guān)型電源(SMPS)的主要特點是輸入電壓變化時的頻率變動。
Abstract:
Key words :

準諧振(QR) 開關(guān)型電源(SMPS)的主要特點是輸入電壓變化時的頻率變動。
  對于一個反激電源,其輸出端提供的功率遵循以下等式: 
公式
  其中: LP 是初級電感, IP 是初級峰值電流,F(xiàn)SW 是開關(guān)頻率,而h則為效率。
  因為 LP 和 h 是固定的,因而當開關(guān)頻率FSW變化時, IP  必須反向改變才能維持恒定的功率輸出。當輸入電壓VIN升高時,F(xiàn)SW也增加: 因此,IP  需要根據(jù)反饋環(huán)路的要求相應(yīng)減小。在寬范圍的電源應(yīng)用中,要獲得恒定的輸出功率,當輸入電壓從高到低變化時,峰值電流幾乎要增加一倍。但是QR控制器只有過流保護的特性,這是結(jié)構(gòu)問題的一部分:對峰值電流進行監(jiān)視,當達到最大允許值時,控制器電路會檢測到過載。但是,如果電源設(shè)計為在最低輸入電壓(最壞情況)條件下提供額定輸出功率,那么在較高的輸入電壓下電源將要提供更多的功率(比寬范圍電源應(yīng)用的需要高三倍以上)。這是反激等式的后果。
  補償這種效應(yīng)的經(jīng)典方法是在電流檢測引腳上建立一個偏置,它會以輸入電壓VIN的函數(shù)補償峰值電流的變化。這可以通過從高壓電源到電流檢測信息端連接一個補償電阻來實現(xiàn)(參見圖1a):這一技術(shù)叫做過載保護
OPP
圖1a,OPP的標準解決方案


  然而這種方案并非經(jīng)常可行:CS引腳可能要用于另一功能,或者為了抑制噪聲引腳電阻必須保持在較低狀態(tài),這就強迫使與電流檢測信息端串連的電阻(RCS)采用低值,要求一個低補償電阻RCOMP,浪費了許多功率:當目標為低待機功率時,這種解決方案不可接受。
  為了解決這個問題,可以使用輸入電壓的一部分,以便降低RCOMP上的電壓降:那么,就可以忽略浪費在電阻上的功率。
  這可以用輔助繞組的正向電壓來實現(xiàn):在正激繞組上,在導通時間內(nèi)存在一個正比于VIN的電壓。大多數(shù)時間里,反激輔助繞組已經(jīng)供電給控制器,同時也檢測磁心去磁:通過改變繞組的配置,可以產(chǎn)生反激信息用于去磁檢測(在關(guān)閉時間內(nèi)),并且在同一個繞組上結(jié)合正激信息用于過載補償(在導通時間內(nèi))。在輔助繞組中串聯(lián)一個二極管,我們可以獲得正向電壓(參見圖1b)。這個正向電壓和N.VIN成正比(N是初級繞組和輔助繞組之間的匝數(shù)比)。增加RFWD以在正激工作中提供反向電流。
實際電路,減小補償損失
圖1b,實際電路,減小補償損失


  知道正向電壓和串連電阻RCS的值以后,計算在高輸入電壓時建立對電流檢測信號預(yù)期的偏置所需的補償電阻RCOMP的值就變得較為簡單了。
  在安森美半導體NCP1207的演示板上還裝有D11N4448二極管,RCS=680Ω,RCOMP=18kΩ,RFWD=4.7kΩ,對于100Vdc保護在60W觸發(fā),對于365Vdc保護在70W觸發(fā),而沒有補償時,100Vdc為55W,365Vdc為165W(參見圖2)。
補償措施應(yīng)用于QR控制器時提供的最大輸出功率和 VIN 的關(guān)系
圖 2,補償措施應(yīng)用于QR控制器時提供的最大輸出功率和 VIN 的關(guān)系


  圖3和圖4明確顯示了補償?shù)男Ч瑑蓤D在相同的負載條件下測得。高線電壓時有一個較大的附加補償偏移量(圖3),而低線電壓時偏移量可忽略(圖4)。
VIN = 365Vdc時的線路電壓補償
圖3,VIN = 365Vdc時的線路電壓補償


VIN = 100Vdc時的線路電壓補償
圖 4,VIN = 100Vdc時的線路電壓補償

 

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