[发明专利]一种动态限流保护装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源的限流保护技术，尤其涉及一种动态限流保护装置及方法。

背景技术

可靠性是开关电源的一项重要指标，而输出短路则是开关电源常见的输出故障，如果输出短路保护不得当，容易造成开关电源内的功率管电流应力超标甚至损坏。

目前，常用的短路保护控制策略包括以下几种：

第一种，当输出短路时，输出电流值会迅速增大，超过设定阀值后即进行短路保护，关闭输出功率管；但是，这种保护需要重新上电才可恢复。

第二种，当输出短路时，利用限流补偿环路通过降低输出电压对输出电流进行限制，当输出电压低于设定阀值时，判断为短路，关闭输出功率管，延时一段时间后再恢复输出，并继续判断短路故障是否仍然存在；但是，这种保护的恢复仍然需要一定的延时时间，无法实现输出电压和输出电流立即恢复。

第三种，当输出短路时，先利用限流补偿环路通过降低输出电压对输出电流进行限制，当输出电压低于设定阀值时，限流点基准开始随输出电压降低而降低，直至输出电压为零；当短路故障解除时，限流点基准也会立即随输出电压增大而提高，直至设定阀值，此时输出电压及电流恢复正常；但是，这种保护对限流补偿环路实时性要求较高，当其应用于数字控制系统时，由于电流、电压信号采样及数字环路计算存在延时，容易出现环路补偿不及时，导致功率管电流应力超标甚至功率管损坏等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种动态限流保护装置及方法，能解决数字控制系统中开关电源输出过流甚至短路时容易造成功率管电流应力超标或损坏的问题，并能在负载恢复正常后立即恢复输出。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种动态限流保护装置，该装置包括：回缩曲线拟合模块、异常电流保护模块、限流回缩环给定计算模块和限流回缩环路补偿模块；其中，

所述回缩曲线拟合模块，用于计算当前输出电压条件下的回缩限流值；

所述异常电流保护模块，用于对检测到的异常电流进行初步保护，并将异常电流标志位置位；

所述限流回缩环给定计算模块，用于根据所述回缩限流值、异常电流标志位、以及输出电压检测信号，计算限流回缩环给定电流值；

所述限流回缩环路补偿模块，用于根据限流回缩环给定电流值及输出电流检测值，计算并输出功率管给定频率及脉宽值，控制功率管的开通及关断。

上述方案中，所述回缩曲线拟合模块，根据输出电压检测值、拟合曲线的斜率和零偏值计算回缩限流值。

上述方案中，所述异常电流保护模块进行初步保护为：对输出电流检测值与设定阀值进行比较，如果超过设定阀值，则立即关闭功率管驱动信号，待下一控制周期再开启，同时将异常电流标志位置位；如果小于所述设定阀值，则不作处理。

上述方案中，所述异常电流保护模块为比较器电路、或数字信号控制器DSC的逐波限流模块。

上述方案中，所述限流回缩环路补偿模块通过补偿控制器计算并输出功率管给定频率及脉宽值；所述补偿控制器为单零点单极点PI控制器、或双零点单极点补偿控制器、或双零点双极点补偿控制器、或单零点双极点补偿控制器。

本发明还提供了一种动态限流保护方法，该方法包括：

计算当前输出电压条件下对应的回缩限流值；

对检测到的异常电流进行初步保护，并将异常电流标志位置位；

根据所述回缩限流值、异常电流标志位、以及输出电压检测信号，计算限流回缩环给定电流值；

根据所述限流回缩环给定电流值以及输出电流检测信号，计算并输出功率管给定频率及脉宽值，控制功率管的开通及关断。

上述方案中，所述计算限流回缩环给定电流值根据回缩限流值、异常电流标志位以及输出电压检测值计算。

上述方案中，所述对检测到的异常电流进行初步保护为：将输出电流检测信号与该异常电流保护模块中预设的过流保护阀值进行比较，如果大于该保护阀值，则立即关闭功率管驱动信号，待下一控制周期再开启功率管驱动信号，实现初步保护，同时将异常电流标志位置位；如果小于该保护阀值，则不作处理。

上述方案中，所述计算并输出功率管给定频率及脉宽值为：通过补偿控制器计算并输出功率管给定频率及脉宽值。

上述方案中，所述补偿控制器为单零点单极点PI控制器、或双零点单极点补偿控制器、或双零点双极点补偿控制器、或单零点双极点补偿控制器。