充電器接通電壓過沖抑制

當(dāng)充電器剛接通時(shí)，不管是由電力線上的開關(guān)還是由電子的方法（比如由一個(gè)TTL邏輯“高”電平信號(hào)），要建立正確的工作狀態(tài)，功率電路和控制電路都將要經(jīng)過一個(gè)延時(shí)。在此延時(shí)期間，完善的調(diào)整工作建立起來之前，輸出電壓超過其正確的工作值是有可能的，這會(huì)形成“接通電壓過沖”。

充電器接通電壓過沖的典型原因

在大多數(shù)充電器中，一個(gè)受控制的啟動(dòng)順序是從接通開始的。如果是由輸入線上的開關(guān)接通的，則第一個(gè)動(dòng)作將是浪涌抑制，使用一個(gè)電阻元件與輸入線路串聯(lián)來減小幾個(gè)周期內(nèi)浪涌電流的峰值，此過程中輸入電容處于充電狀態(tài)。

浪涌抑制之后，將有一個(gè)軟啟動(dòng)動(dòng)作。軟啟動(dòng)過程中，給開關(guān)器件的脈沖寬度逐漸增大，以此建立變壓器、電感和電容的正確工作狀態(tài)。在平穩(wěn)地建立所需的輸出電壓的目標(biāo)下，輸出電容的電壓逐漸增大。然而，即使在這種受控制的接通狀態(tài)下也有可能出現(xiàn)輸出電壓過沖，因?yàn)樵诳刂齐娐分袝?huì)出現(xiàn)如下的競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。

圖所示為一個(gè)典型的工作周期可控的充電器輸出濾波和控制放大器電路控制放大器有一個(gè)簡(jiǎn)單的零極點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來穩(wěn)定控制回路的工作。

當(dāng)剛接通輸入時(shí)以及整個(gè)啟動(dòng)階段，控制放大器A1將會(huì)識(shí)別到輸出電壓較低，因此它將要求較大輸出，從而斜波比較器A2將輸出較大脈沖寬度。高增益控制放大器A1將運(yùn)行于高飽和狀態(tài)，其輸出接近于+5V電源適配器。同時(shí)，隨著輸出電壓增加至期望值5V，A1的反相端電壓達(dá)到2.5V。因此，在啟動(dòng)階段結(jié)束時(shí)，補(bǔ)償電容C1將會(huì)充電到+5V。

在啟動(dòng)階段，脈沖寬度和輸出電壓都將在軟啟動(dòng)電路和放大器A3的控制之下。所以控制放大器將保持在飽和“高”狀態(tài)，直到輸出電壓與所要求的電壓相差在1mV或2mV之內(nèi)。在此時(shí)，輸出電容被充電，輸出電感L1上也形成了相當(dāng)大的電流。

因?yàn)檩敵鲭妷哼_(dá)到了所要求的值，控制放大器A1將開始作出反應(yīng)。然而，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)R1、C1要建立其正確的直流偏壓，因此會(huì)有一個(gè)相當(dāng)大的延時(shí)。因?yàn)榉糯笃鰽1的輸出電壓是從大約+5V處開始的，與正確的平均工作點(diǎn)2.5V相差甚遠(yuǎn)，而放大器的轉(zhuǎn)換速率是由R1、C1的時(shí)間常數(shù)決定的。在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)建立放大器的正確工作狀態(tài)此例中，延時(shí)接近于500μs。在延時(shí)期間，脈沖寬度將不會(huì)顯著地減小，因?yàn)樵诘竭_(dá)脈沖寬度調(diào)制器A2的控制范圍之前，放大器A1的輸出必須接近于2.5V。這個(gè)延時(shí)與此時(shí)流過輸出電感L1的過大的電流一起，將導(dǎo)致相當(dāng)大的過壓。此例中輸出電壓將達(dá)到7.5V如圖所示。

防止過壓

通過使軟啟動(dòng)動(dòng)作變得很慢，電壓過沖可以被很可觀地減小。這使放大器在過壓變得太大之前做出反應(yīng)。這種方法的缺點(diǎn)是可能會(huì)使接通延時(shí)長(zhǎng)得難于接受。

如圖所示的線性功率控制電路會(huì)好得多。在此電路中，剛接通時(shí)，給控制放大器同相輸入端的2.5V參考電壓將接近0V，因?yàn)镃1會(huì)在接通前放電。因?yàn)镃1通過R1、R4充電，C1兩端的電壓將會(huì)逐漸增大。因此，參考電壓的增大速率比軟啟動(dòng)動(dòng)作慢一些結(jié)果，控制放大器將在低得多的輸出電壓下建立正常工作狀態(tài)，這樣，后續(xù)的啟動(dòng)動(dòng)作就會(huì)處于電壓控制放大器的完全控制之內(nèi)。

如圖所示，在控制放大器的完全控制之下，作為對(duì)參考電壓上升的反應(yīng)輸出電壓逐漸上升。因?yàn)閷?duì)C2和放大器A1的正確偏置狀態(tài)是在低得多的電壓下建立的，所以在正確的電壓形成時(shí)將不會(huì)出現(xiàn)過壓。如果選擇了較適宜的R1、R1和C1，參考電壓以及受其影響的輸出電壓將漸近地達(dá)到所要求的5V。此類電路典型的接通特性如圖所示。C1的值過小會(huì)導(dǎo)致欠阻尼，而過大又導(dǎo)致過阻尼。同樣的原理適用于任何開關(guān)方式或線性控制電路。