几种实用的直流开关电源的保护电路设计

几种实用的直流开关电源的保护电路设计1、概述随着科学技技术的发展，电电力电子设备备与人们的工工作、生活的的关系日益密密切，而电子子设备都离不不开可靠的电电源，因此直直流开关电源源开始发挥着着越来越重要要的作用，并并相继进入各各种电子、电电器设备领域域，程控交换换机、通讯、电电子检测设备备电源、控制制设备电源等等都已广泛地地使用了直流流开关电源[1-3]。同时随着着许多高新技技术，包括高高频开关技术术、软开关技技术、功率因因数校正技术术、同步整流流技术、智能能化技术、表表面安装技术术等技术的发发展，开关电电源技术在不不断地创新，这这为直流开关关电源提供了了广泛的发展展空间。但是是由于开关电电源中控制电电路比较复杂杂，晶体管和和集成器件耐耐受电、热冲冲击的能力较较差，在使用用过程中给用用户带来很大大不便。为了了保护开关电电源自身和负负载的安全，根根据了直流开开关电源的原原理和特点，设设计了过热保保护、过电流流保护、过电电压保护以及及软启动保护护电路。2、开关关电源的原理理及特点2.1工作作原理直流开关电电源由输入部部分、功率转转换部分、输输出部分、控控制部分组成成。功率转换换部分是开关关电源的核心心，它对非稳稳定直流进行行高频斩波并并完成输出所所需要的变换换功能。它主主要由开关三三极管和高频频变压器组成成。图1画出了直流流开关电源的的原理图及等等效原理框图图，它是由全全波整流器，开开关管V，激励信号号，续流二极极管Vp，储能电感感和滤波电容容C组成。实际际上，直流开开关电源的核核心部分是一一个直流变压压器。2.2特点点为了适应用用户的需求，国国内外各大开开关电源制造造商都致力于于同步开发新新型高智能化化的元器件，特特别是通过改改善二次整流流器件的损耗耗，并在功率率铁氧体(Mn-ZZn)材料上加大大科技创新，以以提高在高频频率和较大磁磁通密度下获获得高的磁性性能，同时SMT技术的应用用使得开关电电源取得了长长足的进展，在在电路板两面面布置元器件件，以确保开开关电源的轻轻、小、薄。因因此直流开关关电源的发展展趋势是高频频、高可靠、低低耗、低噪声声、抗干扰和和模块化。直流开关电电源的缺点是是存在较为严严重的开关干干扰，适应恶恶劣环境和突突发故障的能能力较弱。由由于国内微电电子技术、阻阻容器件生产产技术以及磁磁性材料技术术与一些技术术先进国家还还有一定的差差距，因此直直流开关电源源的制作技术术难度大、维维修麻烦和造造价成本较高高，3、直流开开关电源的保保护基于直流开开关电源的特特点和实际的的电气状况，为为使直流开关关电源在恶劣劣环境及突发发故障情况下下安全可靠地地工作，本文文根据不同的的情况设计了了多种保护电电路。3.1过电电流保护电路路在直流开关关电源电路中中，为了保护护调整管在电电路短路、电电流增大时不不被烧毁。其其基本方法是是，当输出电电流超过某一一值时，调整整管处于反向向偏置状态，从从而截止，自自动切断电路路电流。如图1所示，过电电流保护电路路由三极管BG2和分压电阻R4、R5组成。电路路正常工作时时，通过R4与R5的压作用，使使得BG2的基极电位位比发射极电电位高，发射射结承受反向向电压。于是是BG2处于截止状状态(相当于开路)，对稳压电电路没有影响响。当电路短短路时，输出出电压为零，BG2的发射极相相当于接地，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过电压压保护电路直流开关电电源中开关稳稳压器的过电电压保护包括括输入过电压压保护和输出出过电压保护护。如果开关关稳压器所使使用的未稳压压直流电源(诸如蓄电池池和整流器)的电压如果果过高,将导致开关关稳压器不能能正常工作,甚至损坏内内部器件,因此开关电电源中有必要要使用输入过过电压保护电电路。图3为用晶体管管和继电器所所组成的保护护电路，在该该电路中，当当输入直流电电源的电压高高于稳压二极极管的击穿电电压值时，稳稳压管击穿，有有电流流过电电阻R，使晶体管T导通，继电电器动作，常常闭接点断开开，切断输入入。输入电源源的极性保护护电路可以跟跟输入过电压压保护结合在在一起,构成极性保保护鉴别与过过电压保护电电路。3.3软软启动保护电电路开关稳压电电源的电路比比较复杂，开开关稳压器的的输入端一般般接有小电感感、大电容的的输入滤波器器。在开机瞬瞬间,滤波电容器器会流过很大大的浪涌电流流,这个浪涌电电流可以为正正常输入电流流的数倍。这这样大的浪涌涌电流会使普普通电源开关关的触点或继继电器的触点点熔化,并使输入保保险丝熔断。另另外，浪涌电电流也会损害害电容器,使之寿命缩缩短,过早损坏。为为此,开机时应该该接入一个限限流电阻,通过这个限限流电阻来对对电容器充电电。为了不使使该限流电阻阻消耗过多的的功率，以致致影响开关稳稳压器的正常常工作,而在开机暂暂态过程结束束后，用一个个继电器自动动短接它,使直流电源源直接对开关关稳压器供电电，这种电路路称之谓直流流开关电源的的“软启动”电路。如图4(aa)所示，在电电源接通瞬间间，输入电压压经整流桥(D1～D4)和限流电阻R1对电容器C充电，限制制浪涌电流。当当电容器C充电到约80%额定电压时时，逆变器正正常工作。经经主变压器辅辅助绕组产生生晶闸管的触触发信号，使使晶闸管导通通并短路限流流电阻R1，开关电源源处于正常运运行状态。为为了提高延迟迟时间的准确确性及防止继继电器动作抖抖动振荡，延延迟电路可采采用图4(b)所示电路替替代RC延迟电路。3.4过热热保护电路直流开关电电源中开关稳稳压器的高集集成化和轻量量小体积，使使其单位体积积内的功率密密度大大提高高，因此如果果电源装置内内部的元器件件对其工作环环境温度的要要求没有相应应提高，必然然会使电路性性能变坏，元元器件过早失失效。因此在在大功率直流流开关电源中中应该设过热热保护电路。本文采用温温度继电器来来检测电源装装置内部的温温度，当电源源装置内部产产生过热时，温温度继电器就就动作，使整整机告警电路路处于告警状状态，实现对对电源的过热热保护。如图图5(a)所示，在保保护电路中将将P型控制栅热热晶闸管放置置在功率开关关三极管附近近，根据TT102的特性(由Rr值确定该器器件的导通温温度，Rr越大，导通通温度越低)，当功率管管的管壳温度度或者装置内内部的温度超超过允许值时时，热晶闸管管就导通，使使发光二极管管发亮告警。倘倘若配合光电电耦合器，就就可使整机告告警电路动作作，保护开关关电源。该电电路还可以设设计成如图5(b)所示，用作作功率晶体管管的过热保护护，晶体开关关管的基极电电流被N型控制栅热热晶闸管TT201旁路，开关关管截止，切切断集电极电电流,防止过热。4小结文中主要讨讨论了直流开开关电源内部部器件的各种种保护方式，并并介绍了一些些具体电路。对对一个给定的的直流开关电电源来说，保保护电路是否