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输出短路时原边过流保护的问题

可能这是一个很老的问题,甚至小到平时设计时容易忽略.

输出短路瞬间,特别是不使用E-load的短路测试功能,而在输出端用两根线直接短路,这时如果我们测量原边功率管的电流Id,很可能会看到持续几个周期的过电流波形,甚至会超出开关管的电流定额.即使功率开关管并不会立即损坏,可能如果短路的次数很多的话,会怎样影响工作的可靠性呢?

可能一般的解决方案是:加快电流检测及保护电路和速度,使在输出短路发生时立即保护;降低过流保护电路的阀值,使其能够在未超出电流定额之前动作;或者是直接使用更大电流定额的功率开关管.

但是,第一个方案基本上只能改进而不能根本解决,因为无论怎样,PWM控制芯片在检测到过流后,必须有一个处理的延迟时间,甚至检测电路也不能太快,不然会引起电路的误动作.第二个方案中的阀值也不易确定,过低的话会在输出有冲击时出现误动作,如果输出短路时需要恒流,那么这个阀值也不能低于恒流的数值.第三个方案的缺陷也是显而易见的,因为会极度影响成本,在特别关注成本-效益的当今,开关器件的成本会很大影响总体价格.

实际设计中,很多的做法是综合第一、二个方案,但是一般的情况下,输出短路时原边的功率开关管还是会存在几个周期超过其定额的较大过流.

各位大侠、兄弟在实际中如何处理的?
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ysun
LV.6
2
2008-04-15 12:13
锁住!
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斜阳古道
LV.5
3
2008-04-15 15:15
楼上的老哥也发发言嘛,冷清呀冷清,还是兄弟们认为这根本就不是问题?
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斜阳古道
LV.5
4
2008-04-15 15:15
楼上的老哥也发发言嘛,冷清呀冷清,还是兄弟们认为这根本就不是问题?
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mbyd
LV.6
5
2008-04-16 10:47
@斜阳古道
楼上的老哥也发发言嘛,冷清呀冷清,还是兄弟们认为这根本就不是问题?
说真的,我们还真没有注重这个问题,只是知道在短保后,原边功率管的电流Id是会有几个周期的持续,我们通常只是让它不超出管子的应力范围.这是电源短保的内部特性,外部我们要求在短路保护时,输入电流要是常态时的三分之一.
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ysun
LV.6
6
2008-04-16 11:23
@mbyd
说真的,我们还真没有注重这个问题,只是知道在短保后,原边功率管的电流Id是会有几个周期的持续,我们通常只是让它不超出管子的应力范围.这是电源短保的内部特性,外部我们要求在短路保护时,输入电流要是常态时的三分之一.
次级短路时,用示波器在辅助绕组上看到一个电压尖峰,如果辅助绕组少几圈,会好一些,但轻载又很麻烦,所以很多厂家用1N4007取代1N4008,从辅助绕组的电容上再返回一些能量回变压器,这种方法挺有效.发生短路,也可以锁住初级控制器,需解除故障后重起,我认为这样较好,楼上的你认为如何?
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呆头鹅
LV.7
7
2008-04-16 15:13
如果,你的保护电路速度比系统变化快,就不会有你说的情况发生,正激用大电感,反激,变压器的Bm只取小一点,总之,让过流响应快于电流的变化
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qwxy
LV.5
8
2008-04-16 16:34
@呆头鹅
如果,你的保护电路速度比系统变化快,就不会有你说的情况发生,正激用大电感,反激,变压器的Bm只取小一点,总之,让过流响应快于电流的变化
有道理
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斜阳古道
LV.5
9
2008-04-16 19:14
@呆头鹅
如果,你的保护电路速度比系统变化快,就不会有你说的情况发生,正激用大电感,反激,变压器的Bm只取小一点,总之,让过流响应快于电流的变化
理论上这种做法没问题,但是实际中很难做到保护电路的速度高于系统响应,因为保护电路中会存在延迟(需要考虑杂讯或其他可能引起的误动作,比如一般PWM芯片3845第3脚到地的滤波电容),并且变压器原、副边的感应关系却非常快.
很直观的波形是,即使3脚的信号已超过1V,但是芯片内部PWM信号的关闭却也有延迟,可以参考3845规格书中过流保护的delay time.
这个问题的重点在于,并不考虑变压器Bmax,而单纯只是讨论原边开关管的电流可能在副边短路时会超过其定额.
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心中有冰
10
2008-04-17 08:28
@斜阳古道
理论上这种做法没问题,但是实际中很难做到保护电路的速度高于系统响应,因为保护电路中会存在延迟(需要考虑杂讯或其他可能引起的误动作,比如一般PWM芯片3845第3脚到地的滤波电容),并且变压器原、副边的感应关系却非常快.很直观的波形是,即使3脚的信号已超过1V,但是芯片内部PWM信号的关闭却也有延迟,可以参考3845规格书中过流保护的delaytime.这个问题的重点在于,并不考虑变压器Bmax,而单纯只是讨论原边开关管的电流可能在副边短路时会超过其定额.
检测初级的直流母线电流,怎么样?
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斜阳古道
LV.5
11
2008-04-17 12:37
@心中有冰
检测初级的直流母线电流,怎么样?
还是有问题,因为控制芯片的响应需要有时间.

从目前看来,第4个可能的方案是:
1.正激类,增大输出滤波电感.可这样会减慢环路响应速度,需要折衷;
2.反激类,可能只能增大主变压器漏感,可是电压尖峰、EMI都是问题,更加需要综合考虑.

兄弟们还有没有其他的处理办法,脑筋激荡...
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呆头鹅
LV.7
12
2008-04-17 16:26
@斜阳古道
还是有问题,因为控制芯片的响应需要有时间.从目前看来,第4个可能的方案是:1.正激类,增大输出滤波电感.可这样会减慢环路响应速度,需要折衷;2.反激类,可能只能增大主变压器漏感,可是电压尖峰、EMI都是问题,更加需要综合考虑.兄弟们还有没有其他的处理办法,脑筋激荡...
你的电源响应不会快到微妙级吧?delay time只有纳秒级,只要不饱和,mos的峰值电流还是可控的,如果周期内导通时间接近delay time,那倒是会有点麻烦
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斜阳古道
LV.5
13
2008-04-19 12:33
@斜阳古道
还是有问题,因为控制芯片的响应需要有时间.从目前看来,第4个可能的方案是:1.正激类,增大输出滤波电感.可这样会减慢环路响应速度,需要折衷;2.反激类,可能只能增大主变压器漏感,可是电压尖峰、EMI都是问题,更加需要综合考虑.兄弟们还有没有其他的处理办法,脑筋激荡...
也是,最后再汇整增加两个方法:减少控制芯片的前沿消隐时间;选择延迟时间更短的控制芯片.

这个主题可以让有兴趣的兄弟继续研究
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hereliu
LV.8
14
2008-05-10 22:38
@斜阳古道
也是,最后再汇整增加两个方法:减少控制芯片的前沿消隐时间;选择延迟时间更短的控制芯片.这个主题可以让有兴趣的兄弟继续研究
其实几个周期一般不会损坏MOSFET的,只要保证结温不超过150度.
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czlann
LV.5
15
2008-05-11 02:58
@hereliu
其实几个周期一般不会损坏MOSFET的,只要保证结温不超过150度.
你们看看MOS的DATASHEET就知道为什么没有问题了.
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楚天?
LV.8
16
2008-05-11 10:48
综合考虑把.单独一样可能会达不到指标要求的.
原边电流采样,用峰值电流控制,降低MOS的驱动电压,选用低延迟的IC,增加输出电感.反正能想到的都给他加上.
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yougy
LV.5
17
2008-06-24 19:12
此问题在DC-DC模块中,尤为突出.在追求高品质,低成本的今天,显得极其矛盾.大部分DC-DC电源采用原边峰值电流+平均电流限制方法来达到副边近似恒流输出,即通过外加运放检测流过原边MOS的平均电流,正常情况下电路工作在峰值电流保护模式,一旦深度限流或短路,平均电流限制电路工作,从而达到限制MOS电流和电路总功耗的目的.另一种做法是当检测到峰值过流后,即降低电路工作频率,也可以起到近似恒流输出的作用,此方法使MOS短路功耗显著降低,机器可靠性显著提高,缺点使电路复杂.
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temp1234
LV.5
18
2008-06-25 10:25
we check the peak current every cycle, so no problem at all!
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yougy
LV.5
19
2008-06-25 10:57
@temp1234
wecheckthepeakcurrenteverycycle,sonoproblematall!
请问你们CHECK多久?10S?长时间估计不行吧?
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aiya19830720
LV.4
20
2008-06-25 11:18
@yougy
请问你们CHECK多久?10S?长时间估计不行吧?
mark!关注!
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temp1234
LV.5
21
2008-06-25 18:53
@yougy
请问你们CHECK多久?10S?长时间估计不行吧?
Whole life time!
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斜阳古道
LV.5
22
2008-06-25 20:19
@temp1234
Wholelifetime!
Maybe you select the power MOSFETs with big current margin. But it will impact the costs.
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temp1234
LV.5
23
2008-06-26 09:53
@斜阳古道
MaybeyouselectthepowerMOSFETswithbigcurrentmargin.Butitwillimpactthecosts.
No! We using a special controller has current and voltage mixed mode regulation, so we only have to solve the secondary short-current by enlarge output chock, but this causes bed dynamic response! You know that only trade-off, you can not have IDEA one!
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yougy
LV.5
24
2008-06-26 10:21
@temp1234
No!Weusingaspecialcontrollerhascurrentandvoltagemixedmoderegulation,soweonlyhavetosolvethesecondaryshort-currentbyenlargeoutputchock,butthiscausesbeddynamicresponse!Youknowthatonlytrade-off,youcannothaveIDEAone!
那请教这样机器短路功耗可以做到什么水平?
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temp1234
LV.5
25
2008-06-26 11:40
@yougy
那请教这样机器短路功耗可以做到什么水平?
It depens, hi-cup model less than 1% of ouput power, constant-current less than 5%!
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yougy
LV.5
26
2008-06-26 13:04
@temp1234
Itdepens,hi-cupmodellessthan1%ofouputpower,constant-currentlessthan5%!
请问电路是恒频的吗?假设5V输出的100W电源短路后二极管压降就0.5V 那功耗P＝0.5*20*Doff＝5W(估算)那此时Doff＝0.5,反推原边MOS管DON=0.5试问在在短路情况下占空比是否还能维持在0.5,假设DON=0.1那么Doff＝0.9则P＝9W.那么,恒流短路功耗做到小于5%输出功率是否有点牵强?还请TEMP1234兄指教.
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temp1234
LV.5
27
2008-06-26 13:37
@yougy
请问电路是恒频的吗?假设5V输出的100W电源短路后二极管压降就0.5V那功耗P＝0.5*20*Doff＝5W(估算)那此时Doff＝0.5,反推原边MOS管DON=0.5试问在在短路情况下占空比是否还能维持在0.5,假设DON=0.1那么Doff＝0.9则P＝9W.那么,恒流短路功耗做到小于5%输出功率是否有点牵强?还请TEMP1234兄指教.
They are SR modules, and secondary short-current is not controlable, it limit by RDSon and DCR of chock, trace and pins and so on! so your current sense circuit must be very quick -- less 100ns! We measure the short-loss from the imput! I hate typing, so I don't answer for a while! Hi. Mr. 斜阳古道, you take over this! Bye!
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yougy
LV.5
28
2008-06-26 14:05
@temp1234
TheyareSRmodules,andsecondaryshort-currentisnotcontrolable,itlimitbyRDSonandDCRofchock,traceandpinsandsoon!soyourcurrentsensecircuitmustbeveryquick--less100ns!Wemeasuretheshort-lossfromtheimput!Ihatetyping,soIdon'tanswerforawhile!Hi.Mr.斜阳古道,youtakeoverthis!Bye!
ok,I SEE!
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jacky_zh
LV.4
29
2009-08-03 15:46
@temp1234
TheyareSRmodules,andsecondaryshort-currentisnotcontrolable,itlimitbyRDSonandDCRofchock,traceandpinsandsoon!soyourcurrentsensecircuitmustbeveryquick--less100ns!Wemeasuretheshort-lossfromtheimput!Ihatetyping,soIdon'tanswerforawhile!Hi.Mr.斜阳古道,youtakeoverthis!Bye!
我最近正在研究怎样减小恒流保护时的功耗问题,一直没什么大的进展,请temp1234兄多多指教,先行谢过!
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jacky_zh
LV.4
30
2009-08-11 08:50
@jacky_zh
我最近正在研究怎样减小恒流保护时的功耗问题,一直没什么大的进展,请temp1234兄多多指教,先行谢过!
这么冷清呢,各位高手做恒流或转折过流保护么,有什么创意,交流一下.
     顶顶顶!!!
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yinro
LV.1
31
2011-07-19 20:57
@temp1234
Itdepens,hi-cupmodellessthan1%ofouputpower,constant-currentlessthan5%!
请问temp1234，你指的hi-cup 模型是什么模型？能否给个详细的解释。另外，关于过流保护的类型，想请教下，国内将恒流、减流、截流，不知英文里相同概念的词是什么，特别是截流的，国内有用cut-off的，但没见过国外的文章用，请教下国外有讲cut-off 这种截流型的保护模式吗？
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