為了濾除電流檢測(cè)信號(hào)前沿尖峰，現(xiàn)在的峰值電流模式控制器都具有前沿消隱時(shí)間（Leading Edge Blanking LEB），這個(gè)設(shè)置會(huì)導(dǎo)致二個(gè)問題：

1、輸出短路時(shí)，無法提供可靠的過流保護(hù)；

2、低占空比應(yīng)用，如19V輸入、1V輸出，800kHz工作頻率，導(dǎo)通時(shí)間小于LEB時(shí)間，系統(tǒng)無法正確調(diào)節(jié)，如圖1所示；另外，在這種應(yīng)用中，輸出短路時(shí)，輸出回路的阻抗和短路電流的乘積所得的電壓值，很難降低到低于0.5VFB、更不用說0.2VFB，因此，輸出短路的頻率折返功能將無法起作用。

Is*Rout > 0.2*VFB

Is：短路電路；

Rout：輸出回路電阻。

圖1? 過小導(dǎo)通時(shí)間系統(tǒng)無法正確調(diào)節(jié)

低占空比應(yīng)用，BUCK變換器上管導(dǎo)通時(shí)間短，下管導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于峰值電流模式，在非常短的上管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，無法及時(shí)檢測(cè)到電流信號(hào)；但是，如果檢測(cè)下管電流，就有足夠時(shí)間準(zhǔn)確的檢測(cè)到電流信號(hào)?；谶@種電流檢測(cè)的控制方式，稱為谷底電流PWM控制方式，以及COT固定導(dǎo)通時(shí)間控制方式。下面以COT控制方式為例，說明它的限流保護(hù)原理。

COT控制方式，就是檢測(cè)下管電流，也就是輸出電感鋸齒波的谷底(點(diǎn))電流。通常，在谷底電流點(diǎn)時(shí)刻，下管關(guān)斷，經(jīng)過短時(shí)的死區(qū)時(shí)間后，上管再開通。

谷底電流檢測(cè)，可以檢測(cè)下管功率MOSFET的導(dǎo)通壓降，也就是使用下管的導(dǎo)通電阻RDS(ON)，作為電流取樣電阻。由于功率MOSFET的導(dǎo)通電阻隨溫度變化的范圍大，為了獲得正確的電流檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)內(nèi)部必須具有溫度補(bǔ)償電路，這種電流取樣方式成本低，效率高。

另一種方式就是下管串聯(lián)外部的取樣電阻，這種方式電流取樣的精度高，也不需要溫度補(bǔ)償，但成本高，影響系統(tǒng)的效率。

COT控制模式的BUCK變換器輸出短路時(shí)，谷底電流會(huì)逐漸抬高，如果設(shè)定一個(gè)電流值，當(dāng)谷底電流增加到高于這個(gè)電流值時(shí)，下管就不再關(guān)斷，一直保持導(dǎo)通狀態(tài)， 直到谷底電流降低到等于這個(gè)值時(shí)，才關(guān)斷下管，如圖2所示。

圖2? 谷底限流工作原理

這種控制方式問題在于、不同的輸出電感值，不同的輸入電壓，峰值電流不相同：

L*di/dt = Vin – Vo

輸出電感越小、輸入電壓越大，峰值電流值就越大，電感平均電流也就越大，如圖3所示。如果電感選擇不合適，在一些應(yīng)用條件下，電感可能會(huì)飽和，就會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。同樣的，系統(tǒng)不能一直工作在電流較大的限流狀態(tài)，在確認(rèn)進(jìn)入谷底限流后，不同芯片會(huì)使用不同的保護(hù)工作模式。

圖3 ?不同工作條件電感峰值電流和平均電流

1、Hiccup打嗝工作模式

當(dāng)進(jìn)入谷底限流后，延時(shí)一段時(shí)間，然后系統(tǒng)再檢測(cè)，如果輸出仍然短路、還工作在谷底限流狀態(tài)，系統(tǒng)就同時(shí)關(guān)閉上、下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，停止工作。然后，延時(shí)更長(zhǎng)的一段時(shí)間，系統(tǒng)重新啟動(dòng)，如此反復(fù)，如圖4、圖5所示。如果系統(tǒng)檢測(cè)到輸出短路消除，就進(jìn)入到正常工作。

延遲時(shí)間使用內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器計(jì)滿一定的個(gè)數(shù)如512、1024、2048、4096，…，設(shè)定相應(yīng)的延遲時(shí)間。

圖4? 打嗝工作模式

圖5? 進(jìn)入打嗝工作模式波形

2、降低谷底限流值

當(dāng)進(jìn)入谷底限流后，延時(shí)一段時(shí)間，然后系統(tǒng)再檢測(cè)，如果輸出仍然短路、還工作在谷底限流狀態(tài)，系統(tǒng)就降低設(shè)定的谷底限流值，例如，降低到原來谷底限流值的1/2，從而降低輸出電感的峰值電流和平均值電流，保證系統(tǒng)的安全，如圖6所示。

圖6? 降低谷底限流值

3、同時(shí)使用峰值限流和谷點(diǎn)限流

當(dāng)系統(tǒng)工作條件如輸入電壓、輸出電感發(fā)生變化的時(shí)候，輸出電感的峰值電流、平均電流也隨之發(fā)生改變，就產(chǎn)生了上面的應(yīng)用問題。如果系統(tǒng)同時(shí)檢測(cè)峰值電流和谷底電流，同時(shí)使用峰值限流和谷底限流，這樣，不管什么工作條件，當(dāng)輸出短路時(shí)，輸出電流相當(dāng)于工作在恒定的平均電流，也就是恒流輸出狀態(tài)，如圖7所示。由于電感的峰值電流和平均電流工作在合理設(shè)定的范圍內(nèi)，這樣系統(tǒng)安全可靠；同時(shí)，瞬態(tài)輸出短路或過載消除后，輸出電壓恢復(fù)的響應(yīng)速度非常快。

圖7? 峰值限流和谷點(diǎn)限流的恒流模式

4、同步BUCK變換器下管的負(fù)向電流限流保護(hù)

在同步BUCK變換器中，還有一個(gè)電流要進(jìn)行限制保護(hù)，就是當(dāng)系統(tǒng)輸出從大負(fù)載切換到輕載或空載，如果下管導(dǎo)通的時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)輸出電感的電流過0后，下管還保持導(dǎo)通狀態(tài)，那么，輸出電壓就會(huì)對(duì)輸出電感反向激磁，形成負(fù)向電流，也就倒灌電流，如圖8所示。下管的電流從原來的源極S流向漏極D，變?yōu)閺穆OD流向源極S，如圖9所示。當(dāng)下管關(guān)斷時(shí)，可能導(dǎo)致功率MOSFET產(chǎn)生雪崩發(fā)生損壞。

圖8? 下管負(fù)向電流限流

a)? 下管正常工作電流方向

b)??下管反向電流方向

圖9? 下管電流工作方向

因此，在系統(tǒng)的內(nèi)部，也要對(duì)下管的負(fù)向電流進(jìn)行限流保護(hù)，當(dāng)下管的負(fù)向電流達(dá)到一定值，就提前關(guān)閉下管。

審核編輯：湯梓紅