第6课：开关电源中几种过流保护方式.pdfVIP

开关电源中几种过流保护方式的比较 来源：电源技术应用 作者：杨 恒 摘要：在输出短路或过载时对电源或负载进行的保护，即为过电流保护，简称过流保护。 介绍了过流保护的几种型式，如フ字型、恒流型、恒功率型等，并进行了比较。 关键词：过流保护；检测；比较 引言 电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保 护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障时，如电子产品输 入侧短路或输出侧开路时，则电源必须关闭其输出电压，才能保护功率MOSFET 和输出侧 设备等不被烧毁，否则可能引起电子产品的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等 现象，因此，开关电源的过流保护功能一定要完善。 1 1 11 开关电源中常用的过流保护方式 过电流保护有多种形式，如图1 所示，可分为额定电流下垂型，即フ字型；恒流型；恒 功率型，多数为电流下垂型。过电流的设定值通常为额定电流的110％～130％。一般为自 动恢复型。 图1 中①表示电流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。 1.1 用于变压器初级直接驱动电路中的限流电路 在变压器初级直接驱动的电路（如单端正激式变换器或反激式变换器）的设计中，实 现限流是比较容易的。图2 是在这样的电路中实现限流的两种方法。 图2 电路可用于单端正激式变换器和反激式变换器。图2（a）与图2（b）中在MOS FET 的源极均串入一个限流电阻Rsc，在图2（a）中，Rsc 提供一个电压降驱动晶体管S 2 导通，在图2（b）中跨接在Rsc 上的限流电压比较器，当产生过流时，可以把驱动电流 脉冲短路，起到保护作用。 图2（a）与图2（b）相比，图2（b）保护电路反应速度更快及准确。首先，它把比较 放大器的限流驱动的门槛电压预置在一个比晶体管的门槛电压Vbe 更精确的范围内；第二， 它把所预置的门槛电压取得足够小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取 样电阻Rsc 的值取得较小，这样就减小了功耗，提高了电源的效率。 当AC 输入电压在90～264V 范围内变化，且输出同等功率时，则变压器初级的尖峰电 流相差很大，导致高、低端过流保护点严重漂移，不利于过流点的一致性。在电路中增加一 个取自＋VH 的上拉电阻R1，其目的是使S2 的基极或限流比较器的同相端有一个预值，以 达到高低端的过流保护点尽量一致。 1.2 用于基极驱动电路的限流电路 在一般情况下，都是利用基极驱动电路把电源的控制电路和开关晶体管隔离开来。变 换器的输出部分和控制电路共地。限流电路可以直接和输出电路相接，其电路如图3 所示。 在图3 中，控制电路与输出电路共地。工作原理如下： 电路正常工作时，负载电流IL 流过电阻Rsc 产生的压降不足以使S1 导通，由于S1 在截止时IC1=0，电容器C1 处于未充电状态，因此晶体管S2 也截止。如果负载侧电流增 加，使IL 达到一个设定的值，使得ILRsc=Vbe1＋Ib1R1，则S1 导通，使电容器C1 充电， 其充电时间常数τ=R2C1，C1 上充满电荷后的电压是VC1=Ib2R4＋Vbe2。在电路检测到有 过流发生时，为使电容器C1 能够快速放电，应当选择R4 R3。R2 的选用原则为Ib1max =（Vin－Vbe1)/R1，IC1=β×Ib1max，则R2≥（Vin－Vcesat1）R1/（V1－Vbe1）。如果 参数设计正确，由VC1 所产生的偏压足以使S2 快速进入导通状态，通过S2 的集电极输出 可以进一步关闭PWM 的驱动信号。当过载现象解除后，电路可以自动恢复到正常工作状态。 1.3 无功率损耗的限流电路 上述两种过流保护比较有效，但是Rsc 的存在降低了电源的效率，尤其是在大电流输 出的情况下，Rsc 上的功耗就会明显增加。图4 电路利用电流互感器作为检测元件，就为电 源效率的提高创造了一定的条件。 图4 电路工作原理如下：利用电流互感器T2 监视负载电流IL，IL 在通过互感器初级时， 把电流的变化耦合到次级，在电阻R1 上产生压降。二极管D3 对脉冲电流进行整流，经整 流后由电阻R2 和电容C1 进行平滑滤波。当发生过载现象时，电容器C1 两端电压迅速增 加，使齐纳管D4 导通，驱动晶体管S1 导通，S1 集电极的信号可以用来作为电源变换器调 节电路的驱动信号。 电流互