电流检测的应用价值

前一篇文章介绍了几种电流检测的方法,它们各有自己的优势和缺陷,但无论如何都是有用的,否则人们也就不会花那么多精力去做这件事了。

对于 RT1720 来说,它的负载发生过流现象很可能是一件非常麻烦的事情。假如其负载是一台电机,这时候它很可能是发生了堵转,其电流会从它的一个绕组上持续地通过并不断增长,如果不对其进行限制,最终可能因为电流过大而发热并将其烧毁。假如其过流是因为负载短路而引起的,短路点会因为有较高的电阻存在而发热并再次断开,这里很容易就会出现击穿空气的电弧。如果电弧发生点周围存在易燃物,火灾甚至爆炸事故很容易就会发生。RT1720遇到这样的状况时会首先进行输出电流的限制,如果负载的过流现象会持续下去,由于供应不再充足,其输出电压就会下降,从而限制过流可能造成的危害。

当过流限制发生的时候,由于 RT1720 的输出电压下降了,它的输入电压并未发生变化,所以就会有压差在外接的调整管上形成,再加上流过电流的作用,调整管上会形成功率损耗,这将造成调整管发热的结果。调整管既然会发热,它自然会将这些热量向外散发,其散发的速度与其封装、安装形式以及周边的环境状况密切相关,那些来不及散发出去的热量就会形成调整管温升的结果。

为了避免调整管温升过高,RT1720 设置了可调的关断时间,一旦过流状况超过了这一限定,调整管就会被彻底关断,供给负载的电流彻底消失,经过一段“冷静”时间以后再打开开关向其供电。如果那时负载过流的问题还继续存在,则上述过程就反复进行,直至问题被解决或是人为切断电源供应为止。

RT1720 的过流限制点可以用电阻 RSNS 来进行调节,它的过流容许时间以及“冷静”时间可以用电容 CTMR 进行调节,图中的 R2 和 R1 则可设置其容许的最高输出电压,相关的参数和计算方法在其规格书中可以查阅到,这里就不再细说了。

在我们反复提及的大电流 Buck 中,电流检测的作用是多方面的,下面的内容仍以上图所示的 RT3609BE 为例来进行说明。

多相 Buck 转换器的每一相都是一个 Buck 转换器,这些转换器在运作中就需要电感电流信息用于回路控制过程中。立锜的多相 Buck 转换器通常使用恒定电流纹波的控制技术,它把每个运行周期的电流纹波都控制住了,由于电流的变化而带来的输出电压的纹波自然就被控制住了,因而可以得到非常好的输出电压控制精度,输出电压会变得非常干净、平滑,为负载的运行提供了非常良好的运行条件。

一个相的 Buck 在采集到自身运行的电流信息以后,这个数据会被用来和设定好的过流限制阈值进行比较,如果超过了这一阈值即会被判定为过流,上桥开关的导通过程就会被终止,不容许其电流再继续增长。由于这个机制每个运行周期都在进行,因而又被称为逐周期电流限制保护。

当 Buck 转换器的负载轻到一定程度以后,它的电感电流会在下桥导通期间出现负值,这会导致不必要的损耗。为了避免这一现象出现,我们需要在电感电流出现负值以后采取措施使转换器进入电流非连续工作模式以实现节能的效果,因此需要设计出负电流检测电路以了解出现负电流的时机,而这一功能的实现也是以电流检测功能的实现为基础的。

由于是多相工作,比较容易出现的一个问题是各相之间电流的不平衡问题。即使控制器能将每一个相的脉冲宽度及其变化过程弄得完全一致,由于元件参数的差异,时间久了以后各相之间的电流也是不一致的,而且这一现象必然会越来越严重,最后造成有的累死、热死、有的闲死、冷死的问题。为了避免这种不均衡现象的出现,各相的电流信息就会被收集起来进行相互比较,通过选出其中电流最大、最小的相并进行有针对性的调节,就可将各相电流都调整到大家基本一致的水平,从而实现了电流均衡,不会出现马太效应。

各相工作中的电流信息还会被收集起来并求出总和,流过一个确定的电阻以后便被转换为一个代表电流总数的电压,这个电压经过高精度的 ADC 模数转换器被转换为数字式数据,再将该数据通过串行 VID 接口发送给 CPU,CPU 便可得知自身实际的电流消耗状况,从而可对自身的功效进行实际的评估。

为了实现这些功能,多相 Buck 转换器的每个电流检测电路都在内部设计了多个电流镜像电路,它们将实际的电流信息准确地转换为可供各个功能电路使用的信号,这从下面的 RT3609BE 内部框图里便可以看出来。

多相 Buck 转换器的设计及其应用都是个大工程,但是其中用到的电流控制技术在普通的单相 Buck 转换器中不会都被使用到,例如电流均衡问题就完全不会出现,需要使用负载电流信息的应用也很难遇到,但其他功能便是很常见的了,读者可以在阅读普通产品的规格书时注意到这种差异,但是这种“能”一定是以你对这些基本常识的了解为基础的。

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