幾種實用的直流開關(guān)電源的保護電路設(shè)計

幾種實用的直流開關(guān)電源的保護電路設(shè)計1、概述隨著科學(xué)技技術(shù)的發(fā)展，電電力電子設(shè)備備與人們的工工作、生活的的關(guān)系日益密密切，而電子子設(shè)備都離不不開可靠的電電源，因此直直流開關(guān)電源源開始發(fā)揮著著越來越重要要的作用，并并相繼進入各各種電子、電電器設(shè)備領(lǐng)域域，程控交換換機、通訊、電電子檢測設(shè)備備電源、控制制設(shè)備電源等等都已廣泛地地使用了直流流開關(guān)電源[1-3]。同時隨著著許多高新技技術(shù)，包括高高頻開關(guān)技術(shù)術(shù)、軟開關(guān)技技術(shù)、功率因因數(shù)校正技術(shù)術(shù)、同步整流流技術(shù)、智能能化技術(shù)、表表面安裝技術(shù)術(shù)等技術(shù)的發(fā)發(fā)展，開關(guān)電電源技術(shù)在不不斷地創(chuàng)新，這這為直流開關(guān)關(guān)電源提供了了廣泛的發(fā)展展空間。但是是由于開關(guān)電電源中控制電電路比較復(fù)雜雜，晶體管和和集成器件耐耐受電、熱沖沖擊的能力較較差，在使用用過程中給用用戶帶來很大大不便。為了了保護開關(guān)電電源自身和負負載的安全，根根據(jù)了直流開開關(guān)電源的原原理和特點，設(shè)設(shè)計了過熱保保護、過電流流保護、過電電壓保護以及及軟啟動保護護電路。2、開關(guān)關(guān)電源的原理理及特點2.1工作作原理直流開關(guān)電電源由輸入部部分、功率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換部分、輸輸出部分、控控制部分組成成。功率轉(zhuǎn)換換部分是開關(guān)關(guān)電源的核心心，它對非穩(wěn)穩(wěn)定直流進行行高頻斬波并并完成輸出所所需要的變換換功能。它主主要由開關(guān)三三極管和高頻頻變壓器組成成。圖1畫出了直流流開關(guān)電源的的原理圖及等等效原理框圖圖，它是由全全波整流器，開開關(guān)管V，激勵信號號，續(xù)流二極極管Vp，儲能電感感和濾波電容容C組成。實際際上，直流開開關(guān)電源的核核心部分是一一個直流變壓壓器。2.2特點點為了適應(yīng)用用戶的需求，國國內(nèi)外各大開開關(guān)電源制造造商都致力于于同步開發(fā)新新型高智能化化的元器件，特特別是通過改改善二次整流流器件的損耗耗，并在功率率鐵氧體(Mn-ZZn)材料上加大大科技創(chuàng)新，以以提高在高頻頻率和較大磁磁通密度下獲獲得高的磁性性能，同時SMT技術(shù)的應(yīng)用用使得開關(guān)電電源取得了長長足的進展，在在電路板兩面面布置元器件件，以確保開開關(guān)電源的輕輕、小、薄。因因此直流開關(guān)關(guān)電源的發(fā)展展趨勢是高頻頻、高可靠、低低耗、低噪聲聲、抗干擾和和模塊化。直流開關(guān)電電源的缺點是是存在較為嚴(yán)嚴(yán)重的開關(guān)干干擾，適應(yīng)惡惡劣環(huán)境和突突發(fā)故障的能能力較弱。由由于國內(nèi)微電電子技術(shù)、阻阻容器件生產(chǎn)產(chǎn)技術(shù)以及磁磁性材料技術(shù)術(shù)與一些技術(shù)術(shù)先進國家還還有一定的差差距，因此直直流開關(guān)電源源的制作技術(shù)術(shù)難度大、維維修麻煩和造造價成本較高高，3、直流開開關(guān)電源的保保護基于直流開開關(guān)電源的特特點和實際的的電氣狀況，為為使直流開關(guān)關(guān)電源在惡劣劣環(huán)境及突發(fā)發(fā)故障情況下下安全可靠地地工作，本文文根據(jù)不同的的情況設(shè)計了了多種保護電電路。3.1過電電流保護電路路在直流開關(guān)關(guān)電源電路中中，為了保護護調(diào)整管在電電路短路、電電流增大時不不被燒毀。其其基本方法是是，當(dāng)輸出電電流超過某一一值時，調(diào)整整管處于反向向偏置狀態(tài)，從從而截止，自自動切斷電路路電流。如圖1所示，過電電流保護電路路由三極管BG2和分壓電阻R4、R5組成。電路路正常工作時時，通過R4與R5的壓作用，使使得BG2的基極電位位比發(fā)射極電電位高，發(fā)射射結(jié)承受反向向電壓。于是是BG2處于截止?fàn)顮顟B(tài)(相當(dāng)于開路)，對穩(wěn)壓電電路沒有影響響。當(dāng)電路短短路時，輸出出電壓為零，BG2的發(fā)射極相相當(dāng)于接地，則BG2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)(相當(dāng)于短路)，從而使調(diào)整管BG1基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達到保護目的。3.2過電壓壓保護電路直流開關(guān)電電源中開關(guān)穩(wěn)穩(wěn)壓器的過電電壓保護包括括輸入過電壓壓保護和輸出出過電壓保護護。如果開關(guān)關(guān)穩(wěn)壓器所使使用的未穩(wěn)壓壓直流電源(諸如蓄電池池和整流器)的電壓如果果過高,將導(dǎo)致開關(guān)關(guān)穩(wěn)壓器不能能正常工作,甚至損壞內(nèi)內(nèi)部器件,因此開關(guān)電電源中有必要要使用輸入過過電壓保護電電路。圖3為用晶體管管和繼電器所所組成的保護護電路，在該該電路中，當(dāng)當(dāng)輸入直流電電源的電壓高高于穩(wěn)壓二極極管的擊穿電電壓值時，穩(wěn)穩(wěn)壓管擊穿，有有電流流過電電阻R，使晶體管T導(dǎo)通，繼電電器動作，常常閉接點斷開開，切斷輸入入。輸入電源源的極性保護護電路可以跟跟輸入過電壓壓保護結(jié)合在在一起,構(gòu)成極性保保護鑒別與過過電壓保護電電路。3.3軟軟啟動保護電電路開關(guān)穩(wěn)壓電電源的電路比比較復(fù)雜，開開關(guān)穩(wěn)壓器的的輸入端一般般接有小電感感、大電容的的輸入濾波器器。在開機瞬瞬間,濾波電容器器會流過很大大的浪涌電流流,這個浪涌電電流可以為正正常輸入電流流的數(shù)倍。這這樣大的浪涌涌電流會使普普通電源開關(guān)關(guān)的觸點或繼繼電器的觸點點熔化,并使輸入保保險絲熔斷。另另外，浪涌電電流也會損害害電容器,使之壽命縮縮短,過早損壞。為為此,開機時應(yīng)該該接入一個限限流電阻,通過這個限限流電阻來對對電容器充電電。為了不使使該限流電阻阻消耗過多的的功率，以致致影響開關(guān)穩(wěn)穩(wěn)壓器的正常常工作,而在開機暫暫態(tài)過程結(jié)束束后，用一個個繼電器自動動短接它,使直流電源源直接對開關(guān)關(guān)穩(wěn)壓器供電電，這種電路路稱之謂直流流開關(guān)電源的的“軟啟動”電路。如圖4(aa)所示，在電電源接通瞬間間，輸入電壓壓經(jīng)整流橋(D1～D4)和限流電阻R1對電容器C充電，限制制浪涌電流。當(dāng)當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時時，逆變器正正常工作。經(jīng)經(jīng)主變壓器輔輔助繞組產(chǎn)生生晶閘管的觸觸發(fā)信號，使使晶閘管導(dǎo)通通并短路限流流電阻R1，開關(guān)電源源處于正常運運行狀態(tài)。為為了提高延遲遲時間的準(zhǔn)確確性及防止繼繼電器動作抖抖動振蕩，延延遲電路可采采用圖4(b)所示電路替替代RC延遲電路。3.4過熱熱保護電路直流開關(guān)電電源中開關(guān)穩(wěn)穩(wěn)壓器的高集集成化和輕量量小體積，使使其單位體積積內(nèi)的功率密密度大大提高高，因此如果果電源裝置內(nèi)內(nèi)部的元器件件對其工作環(huán)環(huán)境溫度的要要求沒有相應(yīng)應(yīng)提高，必然然會使電路性性能變壞，元元器件過早失失效。因此在在大功率直流流開關(guān)電源中中應(yīng)該設(shè)過熱熱保護電路。本文采用溫溫度繼電器來來檢測電源裝裝置內(nèi)部的溫溫度，當(dāng)電源源裝置內(nèi)部產(chǎn)產(chǎn)生過熱時，溫溫度繼電器就就動作，使整整機告警電路路處于告警狀狀態(tài)，實現(xiàn)對對電源的過熱熱保護。如圖圖5(a)所示，在保保護電路中將將P型控制柵熱熱晶閘管放置置在功率開關(guān)關(guān)三極管附近近，根據(jù)TT102的特性(由Rr值確定該器器件的導(dǎo)通溫溫度，Rr越大，導(dǎo)通通溫度越低)，當(dāng)功率管管的管殼溫度度或者裝置內(nèi)內(nèi)部的溫度超超過允許值時時，熱晶閘管管就導(dǎo)通，使使發(fā)光二極管管發(fā)亮告警。倘倘若配合光電電耦合器，就就可使整機告告警電路動作作，保護開關(guān)關(guān)電源。該電電路還可以設(shè)設(shè)計成如圖5(b)所示，用作作功率晶體管管的過熱保護護，晶體開關(guān)關(guān)管的基極電電流被N型控制柵熱熱晶閘管TT201旁路，開關(guān)關(guān)管截止，切切斷集電極電電流,防止過熱。4小結(jié)文中主要討討論了直流開開關(guān)電源內(nèi)部部器件的各種種保護方式，并并介紹了一些些具體電路。對對一個給定的的直流開關(guān)電電源來說，保保護電路是否