Транзисторная схема задержки включения защиты от перегрузки

Импульсные источники питания способны защищать себя от постоянных коротких замыканий, но иногда эта защита создает проблемы при пусковых бросках тока. Всплески тока в переходных режимах не являются короткими замыканиями, но могут выходить за пределы номинальных значений нагрузки. Это типичная ситуация для таких нагрузок, как, например, печатающие головки принтеров или небольшие электромоторы, источник питания которых легко может включить свою схему защиты, особенно при большом собственном коэффициенте усиления цепи регулирования. Любое снижение выходного напряжения на первичной стороне будет восприниматься как потеря тока обратной связи, поскольку контроллер не сможет поддерживать напряжение постоянным.

Рисунок 1.	В типичном профиле мощности, потребляемой принтером, перегрузки и короткие замыкания могут почти не отличаться друг от друга.

На Рисунке 1 показан типичный профиль мощности, потребляемой принтером. Отчетливо видны вариации выходной мощности и соответствующие колебания тока обратной связи I_FB. Запуск преобразования воспринимается как короткое замыкание по той причине, что выходное напряжение далеко от требуемого значения V_OUT, и ток обратной связи еще не успел установиться. Номинальный выходной ток I₁ соответствует области стабилизации, в которой нагрузка постоянна. Когда наступает первая перегрузка (ток I₂ на Рисунке 1), вывод 2 обратной связи стремится увеличить ток первичной обмотки (в контроллере, работающем в режиме стабилизации по току обмотки), но этого не происходит из-за того, что ток достигает своего максимального уровня. На уровне I₃ источнику питания становится трудно оставаться в режиме стабилизации, а при коротком замыкании выходное напряжение V_OUT падает до нуля. Если ШИМ-контроллер первичной стороны имеет простую схему защиты от коротких замыканий, механизм защиты может включиться в зонах перегрузки 1 и 2, в то время как включаться он должен только в последней зоне. Рисунок 2 демонстрирует решение этой проблемы, основанное на выпускаемой ON Semiconductor микросхеме NCP1200.

Рисунок 2.	Транзисторная схема кратковременно увеличивает пиковый ток, до тех, пока напряжение источника не снизится вследствие уменьшения уставки тока.

Эта схема постоянно контролирует линию обратной связи (вывод 2), чтобы определить момент возникновения короткого замыкания на вторичной стороне. Напряжение на выводе 2 увеличивается до напряжения питания внутреннего подтягивающего резистора и включает защитный пульсирующий режим. Заметим, что работа этой защиты не зависит от каких-либо вспомогательных напряжений, поскольку контроллер получает питание (вывод 8) непосредственно от высоковольтного источника. При перегрузках 1 и 2 ток, идущий в вывод 2, увеличится до максимально возможного значения, и включится защита. Схема не задерживает нарастание напряжения обратной связи, а мгновенно увеличивает уровень выходной мощности на заданный процент. В режиме стабилизации тока нагрузки I_OUT напряжение на выводе 2 меньше 3 В, и стабилитрон D₁ закрыт. В результате Q₂ закрывается, и Q₁ подключает нижний по схеме контакт резистора R₃ к земле. Теперь вход подключения датчика тока (вывод 3) оценивает величину тока не по напряжению на токоизмерительном резисторе, а по напряжению на выходе делителя, определяемому соотношением сопротивлений R₂ и R₃.

В этом примере напряжение на выводе 3

где V_SENSE – падение напряжения на резисторе R_SENSE. Например, если заданное значение уставки максимального тока NCP1200 равно 1 В, то до тех пор, пока транзистор Q₁ открыт, микросхема будет считать, что напряжение на R_SENSE равно 1.2 В, а не 1 В, как было бы в обычной конфигурации. Как только напряжение на выводе 2 повышается, например, до 4 В, отвечая этим на серьезную перегрузку или потерю регулирования, стабилитрон D₁ начинает пропускать ток через транзистор Q₄. Этот транзистор буферизует входное сопротивление вывода обратной связи: конденсатор C₃ начинает заряжаться через резистор R₅, и когда напряжение на нем достигает примерно 0.7 В при 25 °C, Q₁ открывается. Делитель отключается, источник питания больше не может отдавать большой пиковый ток, и выходное напряжение V_OUT падает, тем самым, обеспечивая надлежащую защиту. Таким образом, подобрав номиналы элементов R₅ и C₃, вы можете установить необходимую задержку, чтобы позволить источнику питания противостоять пусковым броскам тока нагрузки.

Материалы по теме

1. Datasheet ON Semiconductor NCP1200