Buck转换器的电流检测与过流保护电路设计窍门
发布时间:2020-06-29
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Buck转换器的电流检测与过流保护电路设计窍门
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  我们介绍过的Buck电流检测方法包括电阻检测法、RDS(ON)检测法和DCR检测法,这些方法都是在开关管外挂的情况下实施的。因为开关管外挂,这样的Buck器件被称为Buck控制器,而那些把开关管也集成了的Buck器件被称作Buck转换器。

  RT8129C的应用电路中,开关管Q1、Q2是外挂的,RT8129C就被称为Buck控制器。

  上图是可以在4.5V~23V输入电压范围内工作、具有8A负载能力的Buck转换器RT6278A/B的应用电路图,它的开关管是内置的,我们只能从其内部电路框图里看到它们的存在,如下图所示:

  在此图中,开关管位于引脚VIN和LX之间及LX和PGND之间,前者为上桥,后者为下桥。

  图中的下桥开关中串接了一只电阻,连接电阻的运算放大器下面写着Current Sense,意思是在这里做了电流检测。要在IC内部放置电阻做电流检测,这多半不是一件真实的事情,这样画可能仅仅是在表达电流检测是在这里做的,实际的实现可能是在构成下桥开关的许许多多很小的MOSFET中取出一只来作为信号的来源,然后利用电流镜的方法将实际的电流信息取样以后供其他控制电路使用。

  RTQ6365是一款最高输入电压可以高达60V、负载能力可达5A的工业级非同步Buck转换器,下图是把它采用PSOP-8封装的型号应用于4.5V~60V输入范围内生成3.3V/5A输出的电路图:

  由于RTQ6365是非同步的,它的内部便没有集成下桥开关,使用时必须外接一只肖特基二极管完成续流任务。

  从RTQ6365框图看,它的电流检测位置位于上桥开关上,与前面提及的RT6278A/B有明显的不同。

  根据Buck架构降压电路的基本原理,它的上桥开关在导通期间流过的电流是从一个起点开始逐渐增加的,其终点是自行可控的,而其起点却不受自己的控制;下桥开关在导通期间的电流是从一个起点开始逐渐下降的,其终点也是自行可控的,但其起点却不受自己的控制。

  实际上,无论是上桥还是下桥,它们在导通开始时流过的电流都来自于整个电路此前运行的结果,都是继承而来的。由于我们可对上、下桥的导通时长进行控制,所以其电流终点也都是可控的,具体要不要去控制则取决于实际的设计选择。由于上桥导通时段的终点对应着电流的最高峰,所以产品规格书中通常都将通过上桥实现的电流限制称为峰值电流限制。由于下桥导通时段的终点对应着电流的最低值,这个地方就像山谷的谷底一样,所以将通过下桥实现的电流限制称为谷值电流限制。在我这里的描述中,上桥电流和下桥电流其实都是电感电流,只是我们的观察点在开关上,所以就那么说了,但是看电流的上升和下降时从电感上去看可能会更好,所以下面就做一点转变,以便可以适应非同步电路的状况。

  执行峰值电流限制时,一旦发现电感电流达到了峰值电流限制阈值,控制电路就将上桥彻底关断,从而实现了过流保护。

  执行谷值电流限制时,只要发现电感电流还高于谷值电流限制阈值,上桥开关就不会被容许进入导通状态,直至电流下降到低于该阈值以后才会容许上桥开关再次导通。这其中的关键就是不给上桥导通的机会以避免电感电流上升,而下桥是什么实现方式以及它会如何动作则是不重要的。

  在一款产品中同时使用峰值电流限制和谷值电流限制会使得其过流保护特性更强大,所以立锜在一些产品中采用了这一方法,这些产品都在其英文名称中使用了’with Both FETs OC Protection’的限定词。

 

本文源自 RichtekTechnology,作者 郑刚

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