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基于PWM的限流保护电路的设计研究

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:395

标签:

摘要: 过载保护的功能是指在负载过载情况下能有效保护DC-DC变换器不致由于过热而损坏,即主要是控制功率MOSFET管的过载电流(输入电流)。由于用电负载不同,对过载保护功能要求也不同。如卫星控制系统要求过载后DC-DC变换器不能断电,因此采取限流保护;有效载荷系统要求可以在过载后DC-DC变换器断电,因此采取截流保护。本文提出了一种基于PWM的限流保护电路的设计方法,以及设计验证。2 电流环控制方式的过

过载保护的功能是指在负载过载情况下能有效保护DC-DC变换器不致由于过热而损坏,即主要是控制功率MOSFET管的过载电流(输入电流)。由于用电负载不同,对过载保护功能要求也不同。如卫星控制系统要求过载后DC-DC变换器不能断电,因此采取限流保护;有效载荷系统要求可以在过载后DC-DC变换器断电,因此采取截流保护。本文提出了一种基于PWM的限流保护电路的设计方法,以及设计验证。

2 电流环控制方式的过流保护

电流型控制是双环控制系统,由开关器件的峰值电流信号反馈的电流环(内环)和输出电压信号反馈的电压环(外环)构成。功率变换部分是由电流环控制的电流源,电压外环控制功率级的电流环。电流内环负责输出电感的动态变化,而电压外环只需控制输出电容。

电流型控制方式的PWM有多种,诸如UC1842(3、4、5)系列、UC1846、UC1825(电压型和电流型)等,都设计了基于电流环的过流保护功能。

以UC1842为例,其工作原理是功率开关管由振荡器起始导通,当峰值电感电流达到误差放大器输出建立的门限电平时终止,这样使得在逐周基础上反馈的误差信号控制峰值电感电流。即电流取样信号逐周与误差放大器的输出电平比较,产生驱动脉冲来控制功率开关管的导通时间,从而实现闭环输出。在过流状态下,由于峰值电感电流斜率比较大,使得逐周比较产生的驱动脉冲很窄,从而大大限制了功率开关管的导通时间,实现了限流保护,是一种峰值电流控制方式。其峰值电感电流受误差放大器输出电压的控制,见式(1):

 

 

其中:VE为误差放大器的输出电压;RS电流检测电阻。

 

 

但根据多年工程实际验证,仅仅依靠电流环控制方式的过流保护不能有效的限制输入电流,电路仿真和试验测试结果比较一致,下面给出基于PWM 1845的电流环过流保护的仿真结果。仿真电路见图1,结果见图2.可以看到过流后输入平均电流为0.65A.

 

 

3 用电流采样信号控制PWM误差放大器反向输入端的过流保护

为了有效实现过流后限制输入电流,设计了一种用电流采样信号控制PWM误差放大器反向输入端的过流保护电路,如图3所示。

 

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67