Mittelwertstrombegrenzung bei Halbbrückenwandlern Drift wirksam austariert

Drift wirksam austariert

Auswahl des ACL-Kondensators

Bei der Wahl des ACL-Kondensators sollte eine minimale Welligkeit das Hauptkriterium sein, denn jegliche Welligkeit an diesem Kondensator verursacht Spannungsschwankungen am Mittenpunkt des kapazitiven Spannungsteilers. Andererseits kann ein ACL-Kondensator mit hoher Kapazität das Ansprechen der ACL-Schaltung verlangsamen. Dadurch bleibt die zyklusweise Strombegrenzung länger wirksam und die Mittenspannung des kapazitiven Spannungsteilers driftet. Das Ansprechverhalten der ACLSchaltung ist unabhängig davon, ob eine Überlast sanft oder abrupt einsetzt. Im Überlastfall verwandelt die ACL-Schaltung das Netzteil in eine Konstantstromquelle mit einem durchschnittlichen Ausgangsstrom gemäß der Formel (Kasten S. 21). Darin stehen Npri und Nsec für die Windungszahl der Primärbeziehungsweise Sekundärseite des Leistungsübertragers, RCS ist der Wert des Stromabtastwiderstands und bei CTTurns  handelt es sich um die Windungszahl des Stromwandlers. Dieses Verfahren wird häufig als »Brickwall«-Strombegrenzung bezeichnet. Sehr vorteilhaft ist, dass sich das Einsetzen der Strombegrenzung bei  verschiedenen Eingangsspannungen sehr gut vorhersagen lässt. Bei Wandlern mit fester Schaltfrequenz weist der durchschnittliche Ausgangsstrom bei abrupt einsetzender Überlast (z.B. bei Kurzschlüssen) allerdings eine Schleppe auf. Der Spitzenstrom in der Ausgangsinduktivität nimmt während des On-Intervalls langsam zu und kann während des Off-Intervalls nicht mehr vollständig zurückgehen. Signallaufzeiten und Abschaltverzögerungen sind der Grund dafür, dass sich das On-Intervall nicht beliebig verkürzen lässt. Um die Schleppe des Ausgangsstroms zu unterbinden, wenn sich der Leistungswandler im ACL-Modus befindet, reduziert der LM5039 die Oszillatorfrequenz proportional – bei einem abrupten Kurzschluss auf ein Drittel der vom Widerstand RT eingestellten Oszillatorfrequenz. Dieses Frequency-Foldback-Verhalten wird nur bei Ansprechen der ACLFunktion wirksam und beeinflusst das dynamische Ansprechverhalten der Regelschleife nicht. Die Spannungs-Strom-Kennlinien in Bild 4 illustrieren die Wirkungsweise der Brickwall-Strombegrenzung.

Bilder: 3

Drift wirksam austariert

Drift wirksam austariert

Aus den Bildern 5 und 6 ist klar abzulesen, dass die Spannung am Mittenpunkt des kapazitiven Spannungsteilers sowohl bei sanft als auch abrupt einsetzender Überlast austariert bleibt. In beiden Kurven ist zu sehen, dass diese Spannung vor dem Aufladen des ACL-Kondensators zu driften beginnt, aber sofort wieder ins Gleichgewicht kommt, sobald die ACL-Schaltung anspringt. Die Vergrößerung zeigt außerdem klar, dass die ACL-Schaltung für gleiche Impulsbreiten in beiden Phasen der Halbbrücke sorgt. Dass der ACL-Kondensator bei sanft einsetzender Überlast schneller aufgeladen wird als bei einem abrupten Kurzschluss, liegt an den unterschiedlichen Pulsweiten in beiden Situationen. In Bild 6 erkennt man auch die Frequency-Foldback-Funktion, wenn man den vergrößerten Signalverlauf am Schaltknoten genau betrachtet.