progettazione del circuito di protezione dai cortocircuiti in uscita di un convertitore cc cc militare ad alta potenza e ampio ingresso

Estratto: Questo l'articolo analizza in primo luogo il principio di funzionamento del circuito di protezione da cortocircuito in uscita tradizionale e fornisce la sua deficienza verificatasi nel convertitore cc militare ad alta potenza e ad ampio ingresso viene quindi proposto un nuovo circuito di protezione da cortocircuito in uscita è più adatto per convertitori dc dc militari ad alta potenza e ad ampio raggio E il principio di funzionamento e la parte fondamentale di thecircuit vengono analizzati in dettaglio Infine, l'analisi di simulazione del confronto tra il circuito tradizionale e il circuito proposto arecarried utilizzando il software di simulazione sabre

chiave Parole: protezione da cortocircuito, trasformatore di corrente, threhold compensazione, ingresso di tensione ad ampia gamma

1. Introduzione

Il corrente di ingresso di alta potenza e ampio campo Il convertitore dc dc militare in ingresso è solitamente molto grande quando funziona, se il guasto di cortocircuito si verifica improvvisamente nel processo di lavoro e l'alimentatore non ha la funzione di protezione da cortocircuito, il dispositivo di alimentazione nell'alimentatore potrebbe essere bruciato a causa della sovracorrente istantanea, portando così al danneggiamento di l'intera alimentazione. Tuttavia, il tradizionale circuito di protezione da cortocircuito in uscita non è adatto per potenze elevate e ampio raggio input militare dc dc converter perché di alcune carenze. Questo carta presenta un circuito di protezione dell'uscita migliorato per alta potenza e ampia gamma input militare dc dc convertitore.

circuito di protezione da cortocircuito in uscita tradizionale

Il il principio di funzionamento del circuito è mostrato nella figura 1. Il la corrente di ingresso del circuito viene campionata con Rs, e la tensione CA campionata viene raddrizzata e rilevata da D1, R2, C2, quindi collegata al terminale di ingresso positivo del comparatore . Il comparatore viene fornito con una tensione di riferimento (VREF terminale) in un PWM chip di controllo e la tensione di riferimento è collegata al terminale di ingresso negativo del comparatore dopo essere stato diviso per resistenze R3 e R4, come tensione di soglia per la protezione da cortocircuito tensione di ingresso diretta del comparatore è v + e la tensione di ingresso inversa è V-. Quando si verifica un cortocircuito, v + > V-, il comparatore l'uscita è alta, il transistor vi è acceso, l'estremità comp di PWM il chip viene abbassato, l'impulso di uscita del PWM il chip è spento e l'alimentatore entra nella protezione. Quando il guasto di cortocircuito è eliminato, v + < V-, il comparatore l'uscita è bassa, il triodo vi 1 è spento e il circuito torna al normale funzionamento attraverso l'analisi del circuito, se è applicato ad alta potenza e wide-input convertitore dc dc militare, ci sono principalmente i seguenti carenze:

1) Quando la potenza di uscita dell'alimentatore è grande, la corrente di ingresso sarà relativamente grande e la perdita su rs sarà grande, che ridurrà l'efficienza dell'alimentazione.

2) quando l'intervallo della tensione di ingresso dell'alimentatore è relativamente ampio, la pendenza ascendente dell'onda a gradino della corrente di picco primaria rilevata da rs varia notevolmente con la tensione di ingresso e quando si verifica un guasto di cortocircuito, poiché la pendenza ascendente della corrente di picco primaria all'estremità superiore di ingresso è molto maggiore di la pendenza ascendente della corrente di picco primaria di fascia bassa di ingresso, una tensione di soglia di protezione da cortocircuito (punto b tensione) Sotto nelle stesse circostanze, il valore della corrente di protezione da cortocircuito varierà notevolmente, se la tensione di soglia della protezione da cortocircuito non è impostata correttamente, sembrerà persino che la tensione di ingresso non possa essere protetta all'estremità inferiore e che l'estremità superiore dell'ingresso non possa essere ripristinata dopo essere entrati nella protezione, quale aumenterà notevolmente la difficoltà di debugging della protezione da cortocircuito circuit.

figura 1. circuito di protezione da cortocircuito in uscita convenzionale

circuito di protezione da cortocircuito in uscita migliorato

in considerazione del tradizionale circuito di protezione da cortocircuito in uscita, ci sono due carenze nell'applicazione di wide-range ad alta potenza input militare dc dc converter, this il documento propone un circuito di protezione dell'uscita migliorato in grado di risolvere questi due problemi, lo schema del circuito è mostrato in figura 2, le sue caratteristiche maggiori sono:

1) Il il trasformatore di corrente viene utilizzato per campionare la corrente di picco in ingresso, che può non solo ridurre la perdita di potenza causata da Rs, ma anche realizzare l'isolamento elettrico e ridurre interferenza.

2) si adottano misure di compensazione della tensione di soglia della protezione da cortocircuito, ovvero una resistenza di compensazione R1 è collegato tra la tensione di ingresso e l'estremità di ingresso inversa (punto B) del comparatore, in modo che quando la tensione di ingresso cambia, la tensione di soglia della protezione da cortocircuito verrà regolata di conseguenza e quando la tensione di ingresso del prodotto è nella fascia alta e bassa, il valore della corrente di protezione da cortocircuito non differisce molto, rendendo così più facile il debug della funzione di protezione da cortocircuito.

figura 2 circuito di protezione da cortocircuito in uscita migliorato

Il circuito utilizza un trasformatore di corrente per campionare la corrente di ingresso del circuito, in cui R2 resetta il trasformatore di corrente, la corrente passa attraverso D1 e R3 per ottenere una tensione continua pulsante, la tensione passa attraverso un circuito di rilevamento del picco composto da D2, R5, R6 e C2, ed è collegato a un terminale positivo di ingresso di un comparatore e alla tensione di riferimento di PWM il chip passa attraverso le divisioni di tensione dei resistori R1, R7 e R8 per ottenere una tensione VT1. Dopo la divisione di tensione di R1, R7 e R8, VIN ottiene una tensione di compensazione VT2, T1 e VT2 sono sovrapposti e collegati all'estremità di ingresso inversa del comparatore come tensione di soglia della protezione da cortocircuito, la tensione del terminale positivo del comparatore è v +, la tensione del terminale negativo del comparatore è V-, quando l'alimentatore ha un guasto di cortocircuito, v + > V-, il livello di uscita del comparatore è alto, il transistor vi 1 è acceso, il pin comp di PWM il chip viene abbassato e quindi l'impulso di uscita viene disattivato. Quando l'errore di cortocircuito scompare, v + < V-, il comparatore l'uscita è alta e il circuito funziona normalmente il progetto del trasformatore di corrente e il circuito di compensazione della soglia di protezione da cortocircuito sono le due parti chiave del circuito, quanto segue si concentrerà sull'analisi di questi due parti del circuito.

3.1 analisi e progettazione di trasformatori di corrente

Il trasformatore di corrente è diviso in il trasformatore di corrente alternata e il trasformatore di corrente continua impulsiva, entrambi utilizzare il principio dell'isolamento elettromagnetico del trasformatore per realizzare il rilevamento della corrente. misurata Il differenza tra loro è che nel trasformatore di corrente alternata, il segnale alternato farà magnetizzare simmetricamente il nucleo magnetico del trasformatore, mentre nel trasformatore di impulso a corrente continua, il nucleo magnetico è magnetizzato unidirezionale, che appartiene alla modalità di lavoro di forward converter. Di solito, nell'applicazione dell'alimentatore switching, viene utilizzato il trasformatore di corrente continua a impulsi. Quando progettando il mutuo induc corrente continua dell'impulso, deve soddisfare i seguenti requisiti:

(1) Il materiali con piccolo residuo magnetico e alta permeabilità dovrebbe essere selezionato per realizzare il trasformatore, e il nucleo magnetico anulare viene solitamente utilizzato per far funzionare il nucleo magnetico del trasformatore sulla curva di magnetizzazione locale.

2) Il Il circuito di reset del nucleo deve essere progettato per l'induttore reciproco, perché nell'induttore reciproco a impulsi cc, il nucleo magnetico è magnetizzato unidirezionale, che può facilmente causare la saturazione del nucleo magnetico. Di solito, il metodo di ripristino del nucleo più semplice consiste nel collegare una grande resistenza a terra davanti al diodo secondario dell'induttore reciproco, come la resistenza R2 in figura 2.

(3) per ridurre la perdita, il trasformatore di corrente con alto rapporto di rotazione dovrebbe essere scelto, ma il rapporto di rotazione dovrebbe non essere troppo grande, perché se il numero di spire sul lato secondario è troppo grande, anche la sua capacità distribuita diventerà grande, e quando il nucleo viene ripristinato, il periodo di risonanza tra l'induttanza del lato secondario e la capacità distribuita diventerà più lungo, quindi quando il lavoro è relativamente grande, la bobina sul lato secondario non avrà abbastanza tempo per rilasciare energia per ripristinare il nucleo, quindi, il rapporto di rotazione dei lati primario e secondario del trasformatore di corrente di solito richiede 1: 30 a 1: 50.

analisi e progettazione di 3.2 circuito di compensazione della soglia di protezione da cortocircuito

Il circuito di soglia di protezione da cortocircuito di questo circuito è realizzato collegando un resistore di compensazione R1 tra la tensione di ingresso e l'ingresso inverso del comparatore, e il valore di ri è determinato in base ai requisiti effettivi del circuito.

come mostrato in FIG. 2, se la tensione del punto B, I. E., la tensione di soglia della protezione da cortocircuito, è VB, quindi secondo il teorema di sovrapposizione sulla base dell'analisi del circuito, può essere ottenuta.

Il VB valore quale non è difficile trovare da la formula (1) è composto da due parti. Se il valore della prima parte è VB1 e il valore della seconda parte è VB2, si può ottenere la seguente equazione.

Da la formula (3) (4), si può vedere che quando R1, R7, R8 viene fornito il valore di VB1 cambia in proporzione diretta alla variazione della tensione di ingresso VIN e al valore di VB2 è un valore fisso. Quindi in generale VB e VIN i valori sono cambiamenti positivamente correlati, bassa tensione di ingresso, tensione di soglia di protezione da cortocircuito sarà ridotta, alta tensione di ingresso, soglia di protezione da cortocircuito sarà aumentata. all'effettiva esperienza ingegneristica e all'analisi precedente, quando l'alimentatore utilizza il tradizionale circuito di protezione da cortocircuito, l'ampiezza della corrente di protezione da cortocircuito e il valore della tensione di ingresso VIN sono correlate negativamente, minore è la tensione di ingresso, maggiore è la corrente di protezione da cortocircuito, maggiore è la tensione di ingresso, minore è la corrente di protezione da cortocircuito e più ampio è l'intervallo di tensione di ingresso, maggiore è la variazione del cortocircuito corrente di protezione tra alta e bassa tensione di ingresso. In questo circuito, perché di adottare la misura di compensazione al valore di soglia della protezione da cortocircuito, il valore della tensione di soglia della protezione da cortocircuito all'estremità inferiore di ingresso dell'alimentatore è inferiore a quello all'ingresso high end. rispetto con il circuito di protezione tradizionale, può far aumentare in modo appropriato la corrente di protezione da cortocircuito all'estremità inferiore di ingresso dell'alimentatore e infine raggiungere l'obiettivo che il valore della corrente di protezione da cortocircuito non differisca troppo quando l'alimentatore è immesso in un ampio range di tensione.

risultati dell'esperimento di simulazione

Il circuito di protezione da cortocircuito tradizionale e il circuito di protezione da cortocircuito proposto in this carta vengono applicati a un 65W single-ended flyback rispettivamente, ei risultati sperimentali mostrano che le specifiche di progetto del flyback i convertitori sono i seguenti:

(1) confronto dei risultati di efficienza energetica

tabella 2 tabella comparativa dell'efficienza di alimentazione tra circuito di protezione tradizionale e circuito di protezione migliorato

come si può vedere da tabella 2, l'efficienza dell'alimentazione con il circuito di protezione migliorato è ovviamente maggiore di che con il circuito di protezione tradizionale.

(2) analisi comparativa della corrente di protezione da cortocircuito dell'alimentatore

1) Il situazione quando viene utilizzato il circuito di protezione tradizionale

figura 3 tensione di soglia utilizzando un circuito di protezione da cortocircuito convenzionale

figura 4 forma d'onda della corrente di ingresso di alimentazione per la protezione da cortocircuito di uscita convenzionale

la figura 3 è la tensione di soglia del circuito di protezione da cortocircuito tradizionale, da la figura può essere vista, quando la tensione di ingresso cambia, il suo valore è fisso, circa 0,42 V, la figura 4 è l'uso del tradizionale circuito di protezione da cortocircuito in uscita, VIN a 15 V, 28 V, 50 V, cortocircuito di alimentazione, forma d'onda della corrente di ingresso, da la figura può essere vista, quando VIN = 15 V, la corrente di ingresso media dell'alimentatore è di circa 1,69 A, quando VIN = 28V, la corrente di ingresso media dell'alimentatore è di circa 0,81 A; quando VIN = 50V, la corrente di ingresso media dell'alimentatore è di circa 5; Conclusione: 0.41A. si può vedere che nell'alimentazione utilizzando il circuito di protezione da cortocircuito tradizionale, quando il campo di ingresso dell'alimentatore è ampio, la variazione della corrente di protezione da cortocircuito in ingresso dell'alimentatore con la tensione di ingresso è molto grande.

2) Il circuito di protezione da cortocircuito migliorato in questo la carta è adottata.

figura 5 variazione della tensione di soglia con migliore protezione da cortocircuito in uscita

Fig. 5 è un caso dove la tensione di soglia del circuito di protezione da cortocircuito migliorato cambia con la tensione di ingresso, e può essere visto da la cifra secondo la quale la tensione di soglia del circuito di protezione da cortocircuito cambia con la variazione della tensione di ingresso e aumenta con l'aumento della tensione di ingresso e FIG. 6 è una forma d'onda della corrente di ingresso quando le tensioni di ingresso sono 15V, 28V, 50V e l'alimentazione è in cortocircuito e si può vedere da la cifra che quando l'alimentatore è protetto da cortocircuito, quando v = 15V, la corrente di ingresso media durante un cortocircuito all'alimentatore è di circa 1,26 A, quando v = 28V, la corrente di ingresso media durante il cortocircuito dell'alimentatore è di circa 0.80A, quando VN = 50V, la corrente di ingresso media durante il cortocircuito dell'alimentatore è di circa 0,75A, per cui quando il campo di ingresso dell'alimentatore è ampio, la variazione della corrente di protezione da cortocircuito dell'alimentatore con la tensione di ingresso è ovviamente migliorata rispetto a con quello dell'alimentazione utilizzando la tradizionale protezione da cortocircuito circuit.

figura 6 forma d'onda della corrente di ingresso di alimentazione utilizzando un circuito di protezione da cortocircuito in uscita migliorato

5. conclusione

vista la limitazione del circuito tradizionale di protezione dell'uscita quando è utilizzato in alta potenza e ampia gamma input militare dc dc converter, this carta presenta un circuito di protezione da cortocircuito migliorato, che non solo riduce la perdita, ma riduce anche l'ampiezza di variazione della corrente di protezione da cortocircuito con la tensione di ingresso e riduce notevolmente la difficoltà di eseguire il debug della protezione da cortocircuito.