摘要：通過采用峰值電流限流的方法,電流限制功能可以使電感電流在超出閾值時抑制電源轉換器的開關電流。但是,由于比較器延時,有效閾值削減問題通常難以避免。本文將針對這一問題,介紹一種峰值電流限流的優化方案。

引言

電流限制是開關式電源轉換器的一個重要保護功能,它可以在電流限制模式下限制可用的輸出電流,以防止出現系統故障。峰值電流限制是目前業內普遍采用的電流限制方法。每當電感的電流IL超出閾值IV時,電源轉換器的開關(如圖1所示)便會關斷,以制止電流從輸入電壓源VIN注入,直至IL小于IV時,開關才會重新開通。由于輸出電流IOUT總是等于IL的平均值(在工作期間IL呈線型紋波),故在電流限制模式下的IOUT(CL,DES) 為：

式中的IL(RIPPLE)是IL紋波的峰峰值。

一般而言,通常采用比較器來檢測IL是否超出IV,以決定關斷或重新開通?？墒?比較器會帶來延時tD,影響閾值的有效值。如圖2所示,比較器在t1時刻檢測到IL< p> V,可是偶遇延時tD,開關會在t2時刻被恢復?；谶@個原因,有效閥值IN便會低于IV,這樣,實際的輸出IOUT(CL)為：

式中的t是時間,而VOUT是電源轉換器(如圖1所示)的輸出電壓。當L減小時,便會相應減少。由于tD不會受ILS、L和VOUT影響,并且VOUT也不受L影響,所以IN會隨著L而下降。這種關系可用下式表示：

(4)

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圖 1 降壓電源轉換器

從式(4)中可清楚地看到IN-IV由增大L或減少tD來降低?？墒歉呒夒娫崔D換器為減少元件尺寸,已傾向于朝著高頻化發展。因此,預計L會比較小。另一方面,tD的減少會導致比較器的轉換速率增大,這會增加功率的損耗,從而降低整體的轉換效率。再者,工作頻率有可能超出1MHz,使開關周期達至1ms 。毫無疑問,tD的減少意味著比較器的帶寬很高,這在現實中很難實現。由此可以看出,在這種情況下,較小的L會被使用,加上tD也與開關周期相匹配,所以IN將會在工作頻率較高時降低。結果,IOUT(CL)會在工作頻率較高時明顯小于IOUT(CL,DES),并會在低工作頻率時維持正常水平。盡管IV可設定為較高值,以確保IOUT(CL)可達到IOUT(CL, DES),但這種超常的設計會為MOSFET帶來一些問題。比如說,為了在電流限制模式下處理更多的電流,需要更大的電感和電路板尺寸。前者將會增加整體電路的大小和成本,而后者則會增加電路的生產成本。