峰值电流限流的优化方案

峰值电流限流是一种广泛应用于电源转换器的电流限制保护机制，其主要目的是为了避免系统因电流过大而产生故障。在峰值电流限流系统中，当检测到电感电流IL超出预设阈值IV时，电源转换器的开关会关闭，以阻止电流从输入电压源VIN注入。直到IL下降到低于IV时，开关才会再次开通。在这种模式下，输出电流IOUT是IL的平均值，而IL在工作周期内呈现线性纹波。 在传统的峰值电流限制系统中，通常使用比较器来检测IL是否超过阈值IV。但是，比较器的固有延时tD会影响阈值的有效值，导致输出电流IOUT(CL)无法达到预期的设计值IOUT(CL,DES)。这是由于延时导致实际阈值IN降低，因此在电流限制模式下的输出电流会减少，这被称为有效阈值削减问题。 为了解决这个问题，本文提出了一种峰值电流限流的优化方案，建议采用一个可变的阈值IV来代替固定的阈值IV。这个可变的IV是基于IL(RIPPLE)的平均值来调整的，即基于输出电流IOUT进行变化。在电流限制模式下，如果由于比较器延时tD导致IOUT(CL)下降，那么IV将相应增加，直至IOUT(CL)达到参考值ILR。通过这种方法，IOUT(CL)可以保持在期望值而不受tD的影响。 优化方案中引入了一个低通滤波器(LPF)来平滑IL及其输出信号，并通过误差放大器给出一个参考值ILR。积分器根据误差放大器的输出产生一个可变的IV，最终实现IOUT(CL)与ILR相等，从而解决了传统方法中因比较器延时带来的阈值削减问题。 为了证明优化方案的有效性，文中对一个降压转换器进行了模拟测试。在测试中，L、COUT和RL的值分别为20mH、47mF和2.64W（正常模式）~1.1W（电流限制模式）。比较器的延时tD设定为100ns，期望的输出电流IOUT(CL,DES)和IL(RIPPLE)分别设定为2.5A和0.3A。如果使用传统方法，会发现IOUT(CL)因为tD的影响而低于2.5A。但是，采用新方法并设定ILR为2.5A，模拟结果显示IOUT(CL)确实达到了2.5A，从而证明了该优化方案能够有效解决传统方法中遇到的问题。 这个优化方案不仅提高了电源转换器在电流限制模式下的性能，而且为开关电源设计提供了一种新的思路，即通过动态调整阈值来应对比较器延时问题。这对于现代电源转换器高频化、元件小型化的趋势具有重要意义，有助于在不增加额外功率损耗的情况下提高电源转换效率和输出电流的稳定性。