一种高精度的限流电路的制作方法

本发明涉及航空电气系统保护，属于电气安全领域。具体涉及一种高精度的限流电路。

背景技术：

为提高航空电源系统的供电可靠性，相关标准中明确提出航空dc/dc变换器需要具备一定的过载和抗短路能力，具体要求为，1)过载能力：dc/dc变换器应能承受150％和200％的额定负载电流分别历时5min和5s，且输出电压应符合规范要求；2)抗短路能力：dc/dc变换器应能持续5s输出300％的额定负载电流。

航空领域电源变换器的限流功能实现策略之一是控制电流内环。

一种控制电流内环的方式是通过电阻分压，这种方式电路简单，限流精度也较高，但是需要将分压电路串联接入环路中去，影响环路增益，对后期环路调试也带来一定困难。如果把握不好，还可能影响环路稳定性。

另一种控制电流内环的方式是通过二极管钳位，这种方式采用并联方式接入到电路中去，和主电路之间是或的关系。主电路正常工作时，限流电路不参与到系统工作中去。而当系统发生过流或者短路时，限流电路切入主电路中去，通过控制电流内环，实现输出电流限制。但是，这种控制方式容易受到二极管参数的影响，导致限流精度不高。

常见的通过控制电流内环实现限流的航空领域电源变换器，一种方式影响环路特性，不利于环路调试和系统稳定性，另一种方式受钳位二极管差异性影响较大，影响限流精度。随着航空工业发展，对航空电源变换器有个更高的要求，新的限流电路应该在有效限制输出电流的同时，减少对环路稳定性的影响，提高限流精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于，为航空电源变换器产品的限流保护提供一种高精度的限流电路，在满足有效限制输出电流基础功能的前提下，解决传统限流电路影响环路特性以及输出电流限流精度不高的问题。

本发明技术方案:一种高精度的限流电路，包括电压环pi调节器、电流环pi调节器、钳位电压源和钳位电路；

电压环pi调节器将给定电压参考信号与输出电压反馈信号作差，并进行比例积分运算，然后送给电流环pi调节器；电压环pi调节器由电阻r2、r4、r5、r7、r8、电容c2、c4和运算放大器u2b组成，电压环基准信号v_reference和r7的一端相连，r7的另一端同时连接u2b的正向输入端和r8的一端，r8的另一端接地信号agnd；输出电压反馈信号v_feedback和r4一端相连，r4另一端同时和u2b的反向输入端、r2的一端及c2的一端相连，r2的另一端和c4的一端相连，c4的另一端同时和c2的另一端、u2b的输出引脚及r5的一端相连；r5的另一端信号v_clamp作为电压环pi调节器输出；

电流环pi调节器将电压环pi调节器的输出和电流环反馈信号作差，并进行比例积分运算；电流环pi调节器由电阻r1、r3、r6、电容c1、c3和运算放大器u1b组成，信号v_clamp和r6的一端相连，r6的另一端连接u1b的正向输入端；输出电流反馈信号i_feedback和r3一端相连，r3另一端同时和u1b的反向输入端、r1的一端及c1的一端相连，r1的另一端和c3的一端相连，c3的另一端同时和c1的另一端及u1b的输出引脚相连，u1b的输出引脚信号pi_out2作为电流环pi调节器输出；

钳位电压源用来给钳位电路提供电压值，钳位电压源由电阻r9、r10、r11、电容c7和精密可编程稳压器vt1组成，+15v电源和r9一端相连，r9的另一端同时和c7一端、vt1的阴极及r10的一端相连；c7另一端和vt1的阳极及r11的一端连在一起后，一起接agnd信号；r10的另一端、r11的另一端和vt1的2引脚连接在一起，其中，r9、r10、vt1和c7的公共端，作为输出信号v_source；

钳位电路通过限制电流环pi调节器信号v_clamp的最大值，进而限制限流电路所在直流变换器的输出电流，起到限流作用，钳位电路由电容c5、c6、二极管d1和运算放大器u1a组成，+15v电源同时连接c5一端及u1a的8引脚，c5另一端接地agnd；c6一端接地agnd，另一端同时接u1a的4引脚和-15v电源；u1a的正向输入端接v_source信号，u1a的1引脚接d1的阴极，2引脚和d1的阳极相连后，作为钳位电路的输出，限制电压环pi调节器输出信号v_clamp的电压。

发明的有益效果：本发明的限流电路，实现方式是控制电流内环参考电压。通过钳位电压源电路可以精确设定期望的电压值，将此电压值通过钳位电路再处理后，以并联方式注入到电流环pi调机器参考端，最终完成输出限流功能。钳位电压源提供精确的钳位电压值，钳位电路可以提高钳位电压源的带载能力，同时通过自身的反馈环，消除由二极管带来的误差，提高限流精度。采用此限流电路，在不损失电路其它特性的情况下，可有效提升限流精度。

附图说明

图1是限流电路原理图

图2是电压环pi调节器

图3是电流环pi调节器

图4是钳位电压源

图5是钳位电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。

航空电源变换器产品多是采集输出电流信号，并将电流反馈信号和限流参考信号通过电流环pi调节器比较后，通过影响pwm信号占空比，来达到输出限流的目的。本发明所提供的一种高精度的限流电路，原理上也是如此，但是本发明通过钳位电压源和钳位电路配合，可以消除二极管参数带来的限流误差，提高限流精度。

一种高精度的限流电路，包括电压环pi调节器、电流环pi调节器、钳位电压源和钳位电路，如图1所示。

图2所示为电压环pi调节器，由电阻r2、r4、r5、r7、r8、电容c2、c4和运算放大器u2b组成。电压环pi调节器主要完成将给定电压参考信号v_reference与输出电压反馈信号v_feedback作差，并完成相关比例积分运算后得到输出信号v_clamp，保证输出电压值和期望值相一致。

图3所示为电流环pi调节器，由电阻r1、r3、r6、电容c1、c3和运算放大器u1b组成。电流环pi调节器主要完成将电压环pi调节器或钳位电路输出的v_clamp信号与电流反馈信号i_feedback作差，并完成相关比例积分运算后得到输出信号pi_out2，pi_out2的最大值由v_clamp决定，所以通过调整v_clamp的值，就可以限定输出电流的最大值。

图4所示为钳位电压源，由电阻r9、r10、r11、电容c7和精密可编程稳压器vt1组成。其中vt1常采用tl431，通过tl431的技术手册，可以很容易算出

图5所示为钳位电路，由电容c5、c6、二极管d1和运算放大器u1a组成。在变换器正常工作时，u1a的负输入端信号v_clamp＜正输入端信号v_source，u1a的输出引脚1正向饱和，但是由于d1的作用，v_clamp信号保持不变。在变换器输出过流或短路时，输出电压反馈信号v_feedback减小，u2b正向饱和，导致v_clamp＞v_source，u1a反向饱和。u1a的反向饱和将导致d1正向导通，进而v_clamp被二极管钳位，使得v_clamp＜v_source。一但v_clamp＜v_source，u1a又将正向饱和，d1又将反向截止，d1失去对v_clamp的钳位作用，若此时变换器还处在过流或短路状态，那么v_clamp将再次大于v_source，u1a又将反向饱和。如此往复，直到变换器退出过流或短路工作状态。由于运算放大器的运算速度在微妙甚至是纳秒级，所以上述往复过程在微妙甚至是纳米时间内就已完成，对外的表现形式就是v_clamp＝v_source，输出电流被限制住了。当变换器退出过流或短路工作状态后，v_clamp＜v_source，变换器恢复正常工作。