DCDC变换器频率折返工作方式：逐渐降低频率折返及电流频率二级折返保护

 

输出短路保护固定频率折返，折返工作频率高，输出短路保护效果会降低；折返工作频率低，系统甚至进入到非连续工作模式，虽然保护效果好，但有可能导致输出短路消除后输出电压无法恢复正常。

如图1所示，输入24V、输出12V的 DCDC变换器，输出短路时，固定折返频率为正常工作频率的1/16，系统进入到非连续工作模式。

图1  1/16开关频率折返

当这个变换器从输出过载6A切换到1A输出负载时，合适外围器件设计，系统输出可以回到正常工作状态，不合适外围器件设计，系统输出就无法回到正常工作状态，如图2、图3所示。可以看到：输出负载为2A时，输出电压却无法升高到正常值，一直工作在频率折返工作模式。

图2  输出短路消除回到正常输出电压

图3  输出短路消除无法回到正常输出电压

因此，为了兼顾这些问题，现在很多峰值电流模式的电源IC及控制器，采用变频率的频率折返保护，主要有二种方式：线性连续降低频率和非线性降低频率。

1、线性连续降低频率

系统检测到输出短路时，工作的开关频率fs随输出电压的降低，线性连续降低到一个较低的开关频率，如图4所示。

系统检测输出电压，也就是FB管脚的电压VFB，当 VFB电压开始降低时，开关频率从1000KHZ，逐渐线性连续降低，一直降低到200KHZ以下。由于频率是线性连续降低，因此内部设计复杂，成本升高。

图4  线性逐渐降低频率

2、非连续降低频率

输出短路时，VFB电压下降，VFB电压降低到不同值，工作频率不一样，但降低的频率不是连续的，而且分频关系，例如，正常工作时，VFB=1V，工作频率为fs。输出电压下降，只要VFB>0.6V，工作频率一直保持为fs。

输出电压继续下降，0.4V

输出电压继续下降，0.2V

输出电压继续下降，VFB<0.2V，工作频率降低到正常工作频率1/8，fs/8。

这种方式可以提高抗瞬态负载干扰能力和输出短路消除后输出电压恢复速度，而且其直接使用内部振荡器进行分频，然后选择相应频率降频工作，设计简单，成本低。

3、输出短路二级折返保护

为了进一步提供输出短路保护的可靠性、抗瞬态负载的干扰以及提高输出短路消除后输出电压恢复的速度，可以采用二级折返保护：先使用过流折返保护，然后再进入频率折返。 

过流保护折返就是当输出短路时，VFB电压下降到某一个值，降到50-70%VFB，峰值电流限流值也降低，例如，峰值电流限流值降低到原来的30-50%，而开关频率并不降低。

若VFB电压继续下降，下降到20-40%VFB，开关频率就开始降低，这种电流折返加频率折返的工作方式称为二级折返保护。 

同时，这种方式可以进一步减少输出短路时功率器件和电感的工作温度，提高过流保护可靠性，具有更好的动态性能，降低瞬态过负载的恢复时间。

图5  二级折返保

图6  二级折返保护输出电压和频率及FB管脚电流

图5中，系统正常工作时，Q1、Q2都不导通，VFB=2.4V。若输出过载或短路，VFB电压下降，VFB电压到1.7V时，Q2导通，将电压误差放大器的输出电压VC钳位到原来最大值的1/2，相对于峰值电流限流值降低到原来的1/2；

若VFB继续下降，下降到1V时, Q1导通将工作频率降低，随着VFB继续下降，工作频率也随之线性连续降低。

　　审核编辑：汤梓红