一种适用于数字电源的限流保护方法与流程

1.本发明涉及一种适用于数字电源的限流保护方法。


背景技术：

2.开关电源模块中为实现高效率低功耗等特性，输出端通常采用同步整流替代传统的二极管整流，而当并机系统中电源模块输出电压不一致时，输出电压较低的模块将通过同步整流电路产生倒灌电流，过大的倒灌电流会对模块中的开关器件造成冲击，影响模块的使用性能，因此要求电源模块除传统的正向限流保护之外还需有反向倒灌保护。
3.传统电流采样方法采样值为正值，限制了反向倒灌电流的采样，需在硬件电路输出端加oring电路限制反向倒灌电流，但对体积尺寸要求较高的模块电源，硬件oring电路不易实现。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于数字电源的限流保护方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种适用于数字电源的限流保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.s1：进行硬件电流检测：采用带偏置值采样的低端运放电流检测电路实现正向和反向电流的采样；采样公式为：
8.current_sample＝current_in*sample_coeff+current_offset，
9.式中：current_in为采样电流，sample_coeff为采样系数，current_sample为数字控制芯片模拟采样端口的电流采样值，current_offset为数字控制芯片模拟采样端口的偏置值；
10.s2：定义限流值current_limit，根据输出负载功率范围、电路拓扑特点、电流采样方式确定限流值，限流值公式为：
11.current_limit＝f(iout，d)，
12.式中：函数f(iout，d)是限流值的计算公式，其中iout为输出额定电流，d为占空比；
13.s3：定义电流反馈值current_fdb，所述电流反馈值为实际电流采样值，根据采样电流值和偏置值计算得到，计算公式为：
14.current_fdb＝current_sample-current_offset；
15.s4：定义限流标志位current_limit_flag，根据公式：
16.current_limit_flag＝sign(|(current_fdb
±
δi)|-|current_limit|)，
17.设置限流滞环宽度δi，根据current_fdb、δi和current_limit的大小确定限流标志位的正负，式中函数sign(x)表示变量x的正负极性；
18.s5：定义正向限流电流环参考值current_posref和反向限流电流环参考值
current_nagref，发生限流后根据限流标志位调整电流环参考值current_ref，调制公式如下：
19.current_posref＝min(voltage_pi，current_limit)，
20.current_nagref＝max(voltage_pi，current_limit)，
21.式中函数min(x，y)、max(x，y)分别表示对x、y中取最小值、最大值，voltage_pi为电压环输出值；
22.s6：正常运行时current_ref:为voltage_pi，限流运行时，正向限流则voltage_pi和current_limit为正数，较小的正向电流参考值使输出电压降压，实现正向限流保护，若系统为反向限流则voltage_pi和current_limit为负数，较大的反向电流参考值使输出电压上升，直至发生过压故障，实现反向倒灌保护，需要说明的是，由于限流模式时电压环积分器一直在计算，软件中将限流值赋给当前电压环积分器输出值，这样可使系统平滑的退出限流模式，切换到电压环控制。
23.进一步的，所述步骤s1还包括以下步骤：根据正向电流采样范围和反向电流采样范围调整电流采样系数和偏置值，当反向倒灌电流较大时，增大偏置值current_offset，当反向倒灌电流较小时，减小偏置值current_offset的数值。
24.进一步的，当拓扑结构为buck型电路，电感电流为输出电流，对电感电流采样值的限制为对输出电流值的限制，此时限流值与占空比d没有关系，与负载功率有关；当拓扑结构为boost型电路，电感电流为输入电流，对电感电流采样值的限制即为对输入电流值的限制，此时限流值与负载功率有关，并通过占空比d转换为输出电流。
25.本发明的有益效果是：
26.1)既可实现电源模块稳态运行时的正反向电流保护，还可确保限流运行时控制环路的平滑切换，确保电源模块的安全可靠运行。
附图说明
27.图1为本发明的电流检测电路图。
具体实施方式
28.下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.参阅图1，本发明提供一种技术方案：
30.本技术方案通过以下方法来实现的：
31.一种适用于数字电源的限流保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
32.s1：进行硬件电流检测：采用带偏置值采样的低端运放电流检测电路实现正向和反向电流的采样；采样公式为：
33.current_sample＝current_in*sample_coeff+current_offset，
34.式中：current_in为采样电流，sample_coeff为采样系数，current_sample为数字控制芯片模拟采样端口的电流采样值，current_offset为数字控制芯片模拟采样端口的偏
置值；
35.s2：定义限流值current_limit，根据输出负载功率范围、电路拓扑特点、电流采样方式确定限流值，限流值公式为：
36.current_limit＝f(iout，d)，
37.式中：函数f(iout，d)是限流值的计算公式，其中iout为输出额定电流，d为占空比；
38.s3：定义电流反馈值current_fdb，所述电流反馈值为实际电流采样值，根据采样电流值和偏置值计算得到，计算公式为：
39.current_fdb＝current_sample-current_offset；
40.s4：定义限流标志位current_limit_flag，根据公式：
41.current_limit_flag＝sign(|(current_fdb
±
δi)|-|current_limit|)，
42.设置限流滞环宽度δi，根据current_fdb、δi和current_limit的大小确定限流标志位的正负，式中函数sign(x)表示变量x的正负极性；
43.s5：定义正向限流电流环参考值current_posref和反向限流电流环参考值current_nagref，发生限流后根据限流标志位调整电流环参考值current_ref，调制公式如下：
44.current_posref＝min(voltage_pi，current_limit)，
45.current_nagref＝max(voltage_pi，current_limit)，
46.式中函数min(x，y)、max(x，y)分别表示对x、y中取最小值、最大值，voltage_pi为电压环输出值；
47.s6：正常运行时current_ref:为voltage_pi，限流运行时，正向限流则voltage_pi和current_limit为正数，较小的正向电流参考值使输出电压降压，实现正向限流保护，若系统为反向限流则voltage_pi和current_limit为负数，较大的反向电流参考值使输出电压上升，直至发生过压故障，实现反向倒灌保护，需要说明的是，由于限流模式时电压环积分器一直在计算，软件中将限流值赋给当前电压环积分器输出值，这样可使系统平滑的退出限流模式，切换到电压环控制。
48.进一步的，所述步骤s1还包括以下步骤：根据正向电流采样范围和反向电流采样范围调整电流采样系数和偏置值，当反向倒灌电流较大时，增大偏置值current_offset，当反向倒灌电流较小时，减小偏置值current_offset的数值。
49.进一步的，当拓扑结构为buck型电路，电感电流为输出电流，对电感电流采样值的限制为对输出电流值的限制，此时限流值与占空比d没有关系，与负载功率有关；当拓扑结构为boost型电路，电感电流为输入电流，对电感电流采样值的限制即为对输入电流值的限制，此时限流值与负载功率有关，并通过占空比d转换为输出电流。
50.本实施例提供以下实施案例：
51.通过数字控制芯片模拟采样端口检测采样电流，电流环作为控制环路的内环，电压环和限流检测作为控制环路的外环，软件中限流检测周期需与电压外环控制周期同步，若电压环控制周期为16us，则限流检测的检测周期也应为16us。
52.设置限流值，若额定输出电流为50a，则可设置最大正向限流值为60a(1.2倍输出电流额定值)，最大反向倒灌限流值为10a(数值为0.2倍输出电流额定值)，然后设计采样电
路中采样电阻大小，并通过计算将模拟限流值转换成数字限流值current_limit。
53.若系统为正向限流，当正向限流范围较宽时可设置限流滞环宽度δi为2a。当电流反馈值current_fdb-δi》current_limit时，限流标志位current_limit_flag为正值进入限流模式，然后当电压环输出值大于限流值时，将限流值作为正向限流电流环参考值current_posref，由于电流环参考值减小，电流环积分器输出值减小，输出电压持续降低直至发生欠压保护。当电流反馈值current_fdb+δi《current_limit时，限流标志位current_limit_flag为负值退出限流模式，由于限流模式中将限流值赋给当前电压环积分器输出值，可使系统平滑的退出限流模式，切换到电压环控制。
54.若系统为反向限流，当反向电流限制范围较小时可不设置限流滞环宽度。当电流反馈值|current_fdb|》|current_limit|时，限流标志位current_limit_flag为正值进入限流模式，然后当电压环输出值小于限流值时，将限流值作为反向限流电流环参考值current_nagref，由于电流环参考值增大，电流环积分器输出值增大，输出电压持续上升直至发生过压保护。当电流反馈值|current_fdb|《|current_limit|时，限流标志位current_limit_flag为负值退出限流模式，限流模式中将限流值赋给当前电压环积分器输出值，可使系统平滑的退出限流模式，切换到电压环控制以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。