过流保护对电源来说是一种标配了,可以说所以的电源都会有过流保护功能,过流保护可以分为关断保护与限流保护两种。
关断保护是,当过载后,电路检测到电源过流了,电源芯片停止PWM,过流故障解除后也不会重新恢复正常。
限流型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,因此现在应用比较广泛。现在很多芯片有两个检测点,第一检测点检测电流过流后关断当前PWM,当过流恢解除后,PWM恢复正常,当到第二检测点触发后,芯片PWM停止并锁死,必须AC断电才能重启。
限流型电源检测来说,大多时候我们是在MOSFET下串联一个功率电阻,然后用RC滤波后给芯片过流检测点。图1中的R2就是限流电阻,R5与C4组成RC滤波器。
R2的电阻在选择的时候需要注意几个事项:
1、限流电阻R2的阻值
2、限流电阻的功率选择
3、限流电阻的材质
限流电阻的阻值选择,要根据原边最大峰值电流Ipk与CS脚检测的过流电压来,一般电阻上的最大电压取CS过流保护点电压的70%,然后根据设定的电压与电流计算出来阻值,我们知道阻值后,根据原边有效值电流可以计算出实际每个周期的功率,根据实际功耗去选取电阻所需要的功率,选取的功率是实际功率的3-4倍。
限流电阻选阻值与功率选取好后,就需要选取材质了,限流电阻可以用插件也可以用贴片,用插件电阻时候需要注意不能用有感电阻,这是特别需要注意的地方。
这颗电阻选取一个要求精度1%,并且是无感电阻。如果用了有感电阻会出现什么情况我们来分析下:
首先当驱动为高电平的时候,假设G对地有一个12v的电压,当MOS管开通的时候,因为di/dt比较大,有感电阻的电感可能出现上正下负的电压,这个时候GS点电压就小于12V。
当驱动为低电平的时候,G对地是0V电压,MOS管关断,这时候寄生电感出现了上负下正的电压,因为MOS管关断,没有电流流过,那限流电阻的电压是0V,那么S极就出现了一个负压,而G极是0V,那GS间的电压与寄生电感上的电压幅值一样,如果寄生电感大的话,有可能出现二次开通现象。所以选取电阻时需要选取无感电阻。
限流电阻连接一个RC到芯片,这一个RC的作用是用来滤波作用的,现在很多的芯片都会有一个前沿消隐功能,但是前沿消隐的时间不一定足够所以还是有加了RC,我们可以看下面的图,限流电阻上的电压波形有一个很大的震荡,有时候这个震荡的尖峰会超过我们的限流电压,但是这是寄生参数引起的,一般很难控制,加RC滤波后,到B点的波形就没有了这一个震荡,被RC滤除了。RC的是根据截止频率来设计得,一般是开关频率的10-30倍,如果是60kHz的开关频率时,我们会选择1k电阻与100pF电容,大概的截止频率1591kHz。
前沿消隐是芯片的功能
这一个功能就是芯片在发出驱动波形MOS管开通后,一段时间不去检测是否过流,这个时间大概是200-300nS,不同的芯片有所不同。
随功率的增大,原边的MOS管的电流也会变大,那么我们的限流电阻上的损耗就会增加,当达到一定值后,限流电阻需要选取非常小的电阻值,可能这一电阻值小到PCB上的走线的寄生电阻都会在这一阻值上占一定比例,这时电阻就不好去选取了。这个时候就不再选用限流电阻,而改用的互感器来做限流,互感器本身就是一个磁性器件,通常是1:100的比例,它是有电感量的, 我们前面分析过MOS管串联电阻的时候,电阻不能用有感的,现在互感器本身就是一个电感,那么我们就需要改变接法了,如下图所示:
互感器应用的时候就需要注意了,他的应用是不能与MOS管S极连接,一般都是连接到D极,原因与接了有感电阻是一样的道理。
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