一种简单有效的限流保护电路设计_保护电路

一种简单有效的限流保护电路设计

点击数：7847 次录入时间：03-04 11:47:04 整理：http://www.55dianzi.com 保护电路

0 引言

过流保护电路是电源产品中不可缺少的一个组成部分，根据其控制方法大致可以分为关断方式和限流方式。限流方式由于其具有电流下垂特性，故障解除后开关电源能自动恢复工作，因此，得到比较广泛的应用。

限流保护电路首先要有一个电流取样环节，目前，一般的做法是串联一个小电阻或者是用霍尔元件来获得电流信号。当取样电流比较小的时候，这两种取样方法都是可取的。但当取样电流比较大时，电阻取样会有较大的损耗，降低了变换器的效率，而霍尔元件取样其体积比较大，且价格昂贵，对整个电源的成本也是个问题。

基于以上考虑，本文提出一种简单有效的限流保护电路，克服了以上两种方式取样大电流时的缺点。它适用于正激、反激等各种变换器，而且成本也比较低。

1 限流保护电路工作原理

图1中虚线框外的电路是普通的峰值电流方式的PWM控制电路，利用电流互感器取样峰值电流。图中所示的PWM芯片是ST公司生产的L5991。虚线框内是本文所提出的限流保护电路。它利用峰值电流控制中的电流信号作为输入信号，通过一个由D₁，R₁，C₁组成的峰值保持电路和由运放组成的PI环节得到一个误差信号，在变换器的输出电流超过限定值的时候，该误差信号就会控制PWM芯片的占空比，从而使输出电流保持在限定值。由于D₂存在，当输出电流低于限流值时，该部分电路对占空比的控制不起作用。

图1 限流保护电路

下面以正激变换器为例，阐述限流保护电路的工作原理。

正激变换器如图2所示。设图1中A点电压为v_a，B点电压为v_b，C点电压为v_c，图2中流过开关管的电流为i_s，电感电流为i_L，输出电流为i_o。电流取样变压器原边电流，即流过开关管的电流i_s。并作以下假定：

图2 正激变换器

1）二极管D₁的导通压降是V_D1并保持不变；

2）R₁在实际电路中的作用是与C₁组成RC吸收网络吸收尖峰，这里假定为零；

3）正激变换器电感L电感量较大，电路工作在CCM模式且电感电流波动较小。

则正激变换器限流保护电路的理论工作波形如图3所示。其一个开关周期可以分为3个工作阶段。

阶段1（t₀－t₁） t₀时刻v_g>0，开关管S及二极管D_R1导通，i_L线性上升，所以，原边电流i_s也线性上升，v_a也随之上升，此时间段v_a－v_b<V_D1，二极管D₁处于关断状态，v_b通过R₃放电，呈下降趋势。

阶段2（t₁－t₂） t₁时刻v_a－v_b>V_D1，二极管D₁开始导通，v_b随着v_a线性上升。

阶段3（t₂－t₃） t₂时刻v_g=0，S关断，i_s=0，则v_a=0，二极管D₁关断，v_b通过R₃放电，直到下一周期的到来。

从图3中可以看到v_b是一个波动的电压，但是在实际电路中，由于图1中时间常数R₃C₁取得比较大，v_b的波动很小，可以近似为一个直流电压。

图3 正激变换器限流保护电路理论波形

根据假定3)，电感电流的波动较小，即v_a的斜率比较小，另外V_D1较小(是因为流过二极管的电流很小，实验中采用1N5819实测值为200mV左右)，则v_b的值近似地等于v_aD(v_a在DT时间内的平均值)。从图3中可以看到V_aD与输出电流i_o成正比，也即v_b近似与输出电流i_o成正比，假定v_b=Ki_oK为常数。