过流保护电路图

过流保护电路图过流保护用PTC热敏电阻是一种对异常温度及异常电流自动保护、自动恢复的保护元件，俗称自复保险丝万次保险丝。它取代传统的保险丝，可广泛用于马达、变压器、开关电源、电子线路等的过流过热保护，过流保护用PTC热敏电阻通过其阻值突变限制整个线路中的消耗来减少残余电流值。传统的保险丝在线路熔断后无法自行恢复，而过流保护用PTC热敏电阻在故障撤除后即可恢复到预保护状态，当再次出现故障时又可以实现其过流过热保护功能。 2.20.1 原理电路 当电路处于正常状态时，通过过流保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流，过流保护用PTC热敏电阻处于常态，阻值很小，不会影响被保护电路的正常工作。当电路出现故障，电流大大超过额定电流时，过流保护用PTC热敏电阻陡然发热，呈高阻态，使电路处于相对断开状态，从而保护电路不受破坏。当故障排除后，过流保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态，电路恢复正常工作。 图2.20.1 过流保护电路 2.20.2 主要元器件选择 1.最大工作电压 PTC热敏电阻器串联在电路中，正常工作时仅有一小部分电压保持在PTC热敏电阻器上，当PTC热敏电阻器启动呈高阻态时，必须承受几乎全部的电源电压，因此选择PTC热敏电阻器时，要有足够高的最大工作电压，同时还要考虑到电源电压可能产生的波动。 2.不动作电流和动作电流 为得到可靠的开关功能，动作电流至少要超过不动作电流的两倍。 由于环境温度对不动作电流和动作电流的影响极大(见图2.20.2)，因此要把最坏的情况考虑进去， 对不动作电流来说，选应用在允许的最高环境温度时的值，对动作电流来说，选应用在较低环境温度下的值。 图2.20.2 环境温度对不动作电流和动作电流的影响 3.在最大工作电压时允许的最大电流需要PTC热敏电阻器执行保护功能时，要检查电路中是否有产生超过允许的最大电流的条件，一般是指用户存在产生短路可能性的情况。规格书已经给出了最大电流值，超过这个值使用时，可导致PTC热敏电阻器破坏或早期失效。 4.开关温度（居里温度）我们可提供居里温度80 、100 、120 、140 的的过载保护元件，一方面， 不动作电流取决于居里温度和PTC热敏电阻器芯片的直径，从降低成本方面考虑，应选用高居里温度和小尺寸元件；另一方面须考虑，这样选择的PTC热敏电阻器会有较高的表面温度，是否会在线路中导致不希望的副作用。一般情况下， 居里温度要超过最高使用环境温度20 40 。 5.使用环境的影响在接触化学试剂或在使用灌注料或填料时，须特别小心钛酸钡陶瓷被还原导致PTC热敏电阻器效应下降，以及由于灌注造成的导热条件变化，都可能导致PTC热敏电阻器局部过热而损坏。 2.20.3 应用举例 已知一电源变压器初级电压220V，次级电压16V，次级电流1.5A， 次级异常时的初级电流约350mA，10分钟之内应进入保护状态，变压器工作环境温度-10 40 ，正常工作时温升15 20 ， PTC热敏电阻器靠近变压器安装，请选定一PTC热敏电阻器用于初级保护。 1.确定最大工作电压 已知变压器工作电压220V，考虑电源波动的因素，最大工作电压应达到220V（1+20%）=264V PTC热敏电阻器的最大工作电压选265V。 2.确定不动作电流 经计算和实际测量，变压器正常工作时初级电流125mA，考虑到PTC热敏电阻的安装位置的环境温最高可达60 ，可确定不动作电流在60 时应为130 140mA。 3.确定动作电流 考虑到PTC热敏电阻器的安装位置的环境温度最低可达到-10 或25， 可确定动作电流在 -10 或25时应为340 350mA，动作时间约5分钟。 4.确定额定零功率电阻R25 PTC热敏电阻器串联在初级中，产生的电压降应尽量小，PTC热敏电阻器自身的发热功率也应尽量小，一般PTC热敏电阻器的压降应小于总电源的1%，R25经计算： 220V 1% 0.125A=17.6 5.确定最大电流 经实际测量，变压器次级短路时， 初级电流可达到500mA， 如果考虑到初级线圈发生部分短路时有更大的电流通过，PTC热敏电阻器的最大电流确定在1A以上。 6. 确定居里温度和外形尺寸 考虑到PTC热敏电阻器的安装位置的环境温最高可达60 ， 选择居里温度时在此基础上增加40 ， 居里温度为100 ，但考虑到低成本， 以及PTC热敏电阻器未安装在变压器线包内， 其较高的表面温度不会对变压器产生不良作用，故居里温度可选择120 ，这样PTC热敏电阻器的直径可减小一档，成本可以下降。 7.确定PTC热敏电阻器型号 根据以上要求，查阅我们公司的规格表，选定MZ11-10P15RH265 即: 最大工作电压265V， 额定零功率电阻值15 25%，不动作电流140 mA，动作电流350 mA，最大电流1.2A，居里温度120 ，最大尺寸为11.0mm。电源的保护功能主要是过压、过流保护两种功能。两者之间的关系为：任何一种电源在发生故障时，都有可能使输出电压或输出电流失去控制，为了使用户的负载不致因此而损坏，我公司的电源一般都设有过压和过流保护。有些负载如阻性负载，当电源有故障，负载上的电压有可能大幅上升，而电流的上升值不一定能超过过流保护值。此种情况宜用过压保护，例如工作在50V，可将电压保护值调至55V，如果电源故障只要电压升至55V时，电源会自动切断电压输出。当有些负载是容性负载时，由于大容量的电解电容器并联在一起，当电源发生故障时，电流就可能大幅度上升，而电压的升值却不甚明显，这时电源内部的过流保护部件会首先启动，电源会自动切断输出。过压保护值在面板上有一只电位器，可以人工设定。而过流保护值是不能人工设定的，机内巳经定死，一般为额定电流的1.21.5倍。需要说明的是，过压保护会立即快速启动，过流保护则有一秒左右的延时。这是因为如电源正常工作时，如电源的负载发生突然短路，此时电源输出的瞬间电流是数倍或数十倍的额定电流值，可以认为是一个电流冲击，远远超过过流保护的数值，但这时并不希望过流保护起作用。而希望短路解除后，电压自动恢复正常。因此在设计过流保护时，要避开突发短路时的电流冲击，而仅考虑使输出过电流的时长达到一定的值才启动过流保护。过压、过流保护是针对机内故障的，因此既然发生，电源就不应自动恢复。如果一定要再现，必须关机后重新开机。而短路保护、电流报警、短路报警功能是面对用户的，如果电流巳经下降，短路巳经排除，相对的报警声就会自动解除，电压就会自动恢复正常。直流电路的过流保护法采用普通熔丝的保护电路，其过电流反应是较迟钝的，因而不能作为灵敏的保护装置。电子保护电路具有高速断流、恢复容易的特点，可应用于任何直流电路中作过流保护装置。电子保护电路如附图所示。当微动开关接通时，单向晶闸管导通，直流电路也导通。当用电量增大到超过规定的允许值时，检测电阻上的电压大于时，晶体管导通，此时晶体管集电极和基极间的电压下降到低于的维持电压，关断，切断供电电路。元件选择：当电路两端电压时，用，单向晶闸管可用。的阻值是根据电源所允许的电流确定的，即（为电源允许电流）。若电路的耗电是，阻值为的线绕电阻，允许通过的电流为.对大功率IGBT驱动过流保护电路的研究摘要：针对IGBT驱动过流保护问题，提出了分离元件驱动过流保护电路和模块驱动过流保护电路.文中给出了分离元件驱动过流保护电路和模块驱动过流保护电路,并详细分析了两者的工作原理，指出了它们之间的优缺点. 关键词：IGBT；分离元件驱动过流保护电路；模块驱动过流保护电路IGBT因其饱和压降低和工作频率高等优点而成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件，但IGBT和晶闸管一样，其抗过载能力不高1-2.因此，如何设计IGBT的驱动过流保护电路，使之具有完善的驱动过流保护功能，是设计者必须考虑的问题.本文从应用角度，归纳、总结了IGBT的驱动过流保护电路的设计方法.1驱动过流保护电路的驱动过流保护原则IGBT的技术资料表明，IGBT在10S内最大可承受2倍的额定电流，但是经常承受过电流会使器件过早老化3，故IGBT的驱动过流保护电路的设计原则为：一、当过电流值小于2倍额定电流值时，可采用瞬时封锁栅极电压的方法来实现保护；二、当过电流值大于2倍额定电流值时，由于瞬时封锁栅极电压会使di/dt很大，会在主回路中感应出较高的尖峰电压，故应采用软关断方法使栅极电压在2S5S的时间内降至零电压4，至最终为-5伏的反电压；三、采用适当的栅极驱动电压.基于上述思想，驱动过流保护电路现分为分离元件驱动过流保护电路和模块驱动过流保护电路.2驱动过流保护电路的设计2.1分离元件驱动过流保护电路以多电源驱动过流保护电路为例，分离元件驱动过流保护电路5如图1.图1中，T1、T4和T5构成IGBT的驱动电路，DZ1、T3、D2、C4构成延时降压电路.T6、555集成电路和光耦LP2构成延时电路.在正常开通时，T1和T4导通，由于D1和R6的作用，B点电路不会超过DZ1击穿电压，此时T3截止，D点电位不会下降，延时电路不延时，T2截止.当IGBT流过短路电流时，IGBT的集射极压降上升，此时C点电位上升，上升时间t1由式（1）求得6.式（1）中，VCC是电源电压，单位为伏特；V1是DZ1击穿电压，单位为伏特；2=R2C2，为时间常数，单位为秒；VC2为电容C2的初始电压，单位为伏特.当C点电位上升到DZ1的击穿电压时，T3导通，C4放电，D点电位下降，即F点和G点电位下降，IGBT的栅极驱动电压下降.同时，光耦LP2导通，延时电路开始计时，此计时时间t2由式（2）求得6.式（2）中，VCC是电源电压，单位为伏特；V2是555翻转电平，单位为伏特；2=（R14+R15）C5，为时间常数，单位为秒；VC5为电容C5的初始电压，单位为伏特.如果过流故障在555计时时间t2内消除，则C点电位下降恢复到原来值，DZ1、T3立即截止，同时C4开始充电，F点和G点电位上升，IGBT的栅极电压恢复到原来的正常值，IGBT继续正常工作；如果在555计时时间t2内过流故障还没有消除，则555输出高电平，经T7、CD4043和CD4081驱动光耦LP1，使A点电位下降并保持，T1截止，T5导通，IGBT的栅射极电压最终为-5伏，导致IGBT截止，从而实现延时缓降压过流保护.其从发生过流故障到彻底关断IGBT所需的总时间t为t=t1+t2 （3）式（3）中，t、t1和t2的单位都是秒.此外，单电源驱动过流保护电路的原理与上述多电源驱动过流保护电路类似，可参阅文献7.还应注意8：（1）选择合适的栅极驱动电压值；正电压值一般在12V15V为宜，12V最佳，反向电压一般在5V10V；（2）选择合适的栅极串联电阻值，一般选几欧姆到十几欧姆；（3）选择合适的栅射极并联电阻值或稳压二极管.从上述分析可知，分离元件驱动过流保护电路复杂，但设计灵活.2.2模块驱动过流保护电路以EXB841系列为例，模块驱动过流保护电路9-10如图2.图2中，9脚为参考地，2脚电位为20V，1脚电位为5V，当14脚、15脚之间加上高电平驱动信号时，EXB841中的互补输出级中的上管导通，IGBT导通；反之，输入为低电平时，IGBT关断.EXB841内部过流保护电路通过检测IGBT的集射极电压Vce来判断IGBT是否过流，其判断公式为：Vce+V1+VDV2 （4）式（4）中，V1为1脚电位；VD为6脚所接二极管D导通压降；V2为EXB841内部二极管击穿电压.如设V1=5V，VD=1V，V2=13V，即Vce=7V时，为过流保护电压阀值，当Vce7V时保护电路不工作，其保护功能为：当过流时降低栅射极驱动电压，并与慢关断技术相结合11.在检测到短路2S后，开始降低栅极驱动电压，10S内降到OV.在这段时间内，若短路现象消除，栅极驱动电压恢复到正常值；若故障仍存在，则5脚输出故障信号，通过一定时间的延迟后，IGBT的栅射极电压最终为-5伏，同时封锁输入信号，这样避免立即停止输入信号造成硬关断，产生过电压击穿IGBT.其不足之处为：一、负栅压过低，降低了IGBT的可靠性；二、没有过流信号锁定功能，一旦发生过流故障，并不能在当前工作周期内实现延时保护关断.另外，IR系列、M579系列和VC37系列模快驱动器的原理与EXB841类似，此处不再赘述，可参阅文献12、13、14和15.3结束语以上介绍了几种IGBT驱动过流保护电路.分离元件驱动过流保护电路复杂，但设计灵活、保护功面，模块驱动过流保护电路使电路的设计简化并具备了一定的保护功能，但这些保护功能是有限的，用时，还要考虑扩展其功能.至于实际应用中采用哪一种方法，应视实际情况而言电子保险(过流保护)本电路适用于直流供电过流保护，如各种电池供电的场合。如果负载电流超过预设值，该电子保险将断开直流负载。重置电路时，只需把电源关掉，然后再接通。该电路有两个联接点（A、B标记），可以连接在负载的任意一边。负载电流流过三极管T4、电阻R10和R11。A、B端的电压与负载电流成正比，大多数的电压分配在电阻上。 当电源刚刚接通时，全部电源电压加在保险上