直流保护电路.pdfVIP

常用直流开关电源的保护电路设计 概 述 随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日 益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥 着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换 机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流 开关电源[1-3]。同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技 术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等 技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广 泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成 器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。 为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特 点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组 成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并 完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。 图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器， 开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。 实际上，直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点 为了适应用户的需求，国内外各大开关电源制造商都致力于同步开 发新型高智能化的元器件，特别是通过改善二次整流器件的损耗，并在 功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通 密度下获得高的磁性能，同时SMT 技术的应用使得开关电源取得了长 足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。 因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰 和模块化。 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰，适应恶劣环境和 突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁 性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因此直流开关电源的 制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高， 3 直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况，为使直流开关电源在 恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，本文根据不同的情况设计 了多种保护电路。 3.1过电流保护电路 在直流开关电源电路中，为了保护调整管在电路短路、电流增大时 不被烧毁。其基本方法是，当输出电流超过某一值时，调整管处于反向 偏置状态，从而截止，自动切断电路电流。如图1所示，过电流保护电 路由三极管BG2 和分压电阻R4、R5 组成。电路正常工作时，通过R4 R5 BG2 与 的压作用，使得 的基极电位比发射极电位高，发射结承受反 向电压。于是BG2 处于截止状态(相当于开路)，对稳压电路没有影响。 当电路短路时，输出电压为零，BG2 的发射极相当于接地，则BG2 处 于饱和导通状态(相当于短路)，从而使调整管BG1 基极和发射极近于短 路，而处于截止状态，切断电路电流，从而达到保护目的。 3.2过电压保护电路 直流开关电源中开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和 输出过电压保护。如果开关稳压器所使用的未稳压直流电源(诸如蓄电池 和整流器)的电压如果过高,将导致开关稳压器不能正常工作,甚至损坏内 部器件,因此开关电源中有必要使用输入过电压保护电路。图3为用晶体 管和继电器所组成的保护电路，在该电路中，当输入直流电源的电压高 于稳压二极管的击穿电压值时，稳压管击穿，有电流流过电阻R，使晶 体管T导通，继电器动作，常闭接点断开，切断输入。输入电源的极性 保护电路可以跟输入过电压保护结合在一起,构成极性保护鉴别与过电 压保护电路。 3.3 软启动保护电路 开关稳压电源的电路比较复杂，开关稳压器的输入端一般接有小电 感、大电容的输入滤波器。在开机瞬间滤波电容器会流过很大的浪涌电, 流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。这样大的浪涌电流会使普 通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。另外，浪 涌电流也会损害电容器,使之寿命缩短,过早损坏。为此,开机时应该接入 一个限流电阻,通过这个限流电阻来对电容器充电。为了不使该限流电阻 消耗过多的功率，以致影响开关稳压器的正常工作,而在