随着科学技术
发展
电力电子设备和人们工作、生活关系日益密切而电子设备都离不开可靠电源因此直流开关电源开始发挥着越来越重要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安全根据了直流开关电源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
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核心它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要变换功能它主要由开关 3极管和高频变压器组成图1画出了直流开关电源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 2极管Vp储能电感和滤波电容C组成实际上直流开关电源核心部分是
个直流变压器 
2.2特点
为了适应用户
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元器件特别是通过改善 2次整流器件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磁性能同时SMT技术应用使得开关电源取得了长足进展在电路板两面布置元器件以确保开关电源轻、小、薄因此直流开关电源发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化直流开关电源
缺点是存在较为严重开关干扰适应恶劣环境和突发故障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和些技术先进国家还有定差距因此直流开关电源制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高3 直流开关电源
保护基于直流开关电源
特点和实际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区别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思路方法是当输出电流超过某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 3极管BG2 和分压电阻R4、R5组成电路正常工作时通过R4和R5压作用使得BG2 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 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3.2过电压保护电路
直流开关电源中开关稳压器
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未稳压直流电源(诸如蓄电池和整流器)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保护电路在该电路中当输入直流电源电压高于稳压 2极管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极性保护电路可以跟输入过电压保护结合在起,构成极性保护鉴别和过电压保护电路
3.3 软启动保护电路
开关稳压电源
电路比较复杂开关稳压器输入端般接有小电感、大电容输入滤波器在开机瞬间,滤波电容器会流过很大浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流数倍这样大浪涌电流会使普通电源开关触点或继电器触点熔化,并使输入保险丝熔断另外浪涌电流也会损害电容器,使的寿命缩短,过早损坏为此,开机时应该接入个限流电阻,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功率以致影响开关稳压器正常工作,而在开机暂态过程结束后用个继电器自动短接它,使直流电源直接对开关稳压器供电这种电路称的谓直流开关电源“软启动”电路 如图4(a)所示
在电源接通瞬间输入电压经整流桥(D1～D4)和限流电阻R1对电容器C充电限制浪涌电流当电容器C充电到约80%额定电压时逆变器正常工作经主变压器辅助绕组产生晶闸管触发信号使晶闸管导通并短路限流电阻R1开关电源处于正常运行状态为了提高延迟时间准确性及防止继电器动作抖动振荡延迟电路可采用图4(b)所示电路替代RC延迟电路
3.4过热保护电路
直流开关电源中开关稳压器
高集成化和轻量小体积使其单位体积内功率密度大大提高因此如果电源装置内部元器件对其工作环境温度要求没有相应提高必然会使电路性能变坏元器件过早失效因此在大功率直流开关电源中应该设过热保护电路本文采用温度继电器来检测电源装置内部
温度当电源装置内部产生过热时温度继电器就动作使整机告警电路处于告警状态实现对电源过热保护如图5(a)所示在保护电路中将P型控制栅热晶闸管放置在功率开关 3极管附近根据TT102特性(由Rr值确定该器件导通温度Rr越大导通温度越低)当功率管管壳温度或者装置内部温度超过允许值时热晶闸管就导通使发光 2极管发亮告警倘若配合光电耦合器就可使整机告警电路动作保护开关电源该电路还可以设计成如图5(b)所示用作功率晶体管过热保护晶体开关管基极电流被N型控制栅热晶闸管TT201旁路开关管截止切断集电极电流,防止过热
4 小结
文中主要讨论了直流开关电源内部器件
各种保护方式并介绍了些具体电路对个给定直流开关电源来说保护电路是否完善并按预定设置工作对电源装置安全性和可靠性至关重要
开关电源保护方案和电路结构具有多样性所以对具体电源装置而言应选择合理保护方案和电路结构在实际应用中通常选用几种保护方式加以组合方式构成完善保护系统确保直流开关电源正常工作
最新评论