<新手调机笔记> 利用两个钳位二极管解决LLC过流保护时电流应力大的问题

前言:这是我在2015年菜鸟阶段写的调试记录,回顾了当时做一个项目上遇到的问题。有图为证:

在普通不对称谐振半桥的谐振电容上使用两个二极管钳位谐振电容上的电压,当发生短路时候,谐振电容上的电压会迅速提升,由于钳位二极管的存在,谐振电容上的电压不会高于400V。使得短路时流入谐振回路的电流会被钳位二极管分流,从而达到降低短路电流应力的目的。还有一种是两个电容分压后用二极管并联的方法,原来都是类似的。

下面是实际测试的短路电流应力和谐振电容上的电压:

可以看到谐振电容在短路发生时,电压迅速提升。但是电压被钳位在400V到0V。同时谐振电流的峰值也被限制到了10A,比不使用这两个钳位二极管时,谐振电流峰值会到30A,相比之下降低了3倍。同时也没有了谐振电感饱和的问题,即使我使用EE19/27的谐振电感,电感绕线圈数较少,也没有发生在拉升频率时,电流依然不受控制的问题。

为了检查这个两个钳位二极管在短路发生时流过的电流,我使用电流探头观察了二极管的电流波形,可以见最大的电流只有12A,使用DO21或SMB封装的二极管应该可以顶住这个脉冲电流应力?不过还是推荐使用插件封装的HER207这类高压快速二极管。因其脉冲电流可达到40A之高,基本用在每10秒一次的短路测试中,不会因为电流脉冲而导致损坏。

因为使用了钳位二极管抑制了谐振电容上电压的飙升,因此使用RC感测谐振电容上的电压来进行过流/短路保护的电路,就需要测试会不会因为钳位二极管抑制了电压,使得过流保护的速度不够快,不能快速的把开关频率提升起来的问题。下面测试了正常工作到短路再到正常工作的电流波形。可以见短路发生时,及时使用了钳位二极管,也能很容易的检测到短路发生,从而拉升频率。

从电流检测的波形上来看,到了短路的第4个周期,CS的电压才高于0.8V。短路的前几个周期,电流被二极管控制了,当CS过流保护电路动作的时,已经到了短路的第四个周期才开始提升频率。从看下图看到,在短路发生时,开关频率还被拉低了(因为反馈的原因)。也可以从上面的波形上看到,短路发生时,CS的电压还被下拉了几个周期(正常应该是直接上升到0.8V进入保护),然后才上升到高于0.8V。才开始进行过流保护。

那么这里就有一个问题了,在正常工作时,谐振电容上的电压会高于400V吗?当谐振回路所需要的增益较低(小于1,这里设22/7,系统工作高于谐振频率,增益大约为0.93)。此时谐振电容上的电压为:302 ~99.47V 如果我使谐振回路的增益增大到高于1,设匝比为28/7,此时系统在低于谐振频率工作,增益约为1.17。此时谐振电容上的电压为:365V ~ 53.6V通过测试说明,在低压或过载时,谐振电容上的电压会比正常增益为1时,高一些。谐振回路所需要的增益越大,谐振电容上的电压就越高。反之,亦然。那么钳位谐振电容上的电压到400V,也控制了LLC的最大增益。不过,正常的工作,是不会使谐振电容上的飙到400V以上的。

小结:简单地测试了LLC的短路测试时的波形,并分析了引入钳位二极管后对谐振电容的影响。

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  • 落小君_ 2023-04-14 23:23
    新手学习的好东西~赞
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