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开关电源保护电路_电源技术概要

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电源

开关电源保护电路_电源技术概要

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开关电源保护电路_电源技术概要
评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足
正常½用要求的条件下,
为½电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工½,
必须设计
多种保护电路,比如防浪涌的½启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。
2 开关电源常用的几种保护电路
2.1 防浪涌½启动电路
开关电源的输入电路大½采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容
器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会½成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采
用容量较大的滤波电容器,½浪涌电流达 100A 以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,
重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,
整流桥过流损坏;
½者也会½空气
开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工½,
为此几乎所有的开关电源½设½
了防止流涌电流的½启动电路,以保证电源正常而可靠运行。
图 1 是采用晶闸管 V 和限流电阻 R1 组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间,输入电
压经整流桥(D1½D4)和限流电阻 R1 对电容器 C 充电,限制浪涌电流。½电容器 C 充电到
约 80%额定电压时,逆变器正常工½。经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,½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。
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图 1 采用晶闸管和限流电阻组成的½启动电路
图 2 是采用继电器 K1 和限流电阻 R1 构成的防浪涌电流电路。电源接通瞬间,输入电
压经整流(D1½D4)和限流电阻 R1 对滤波电容器 C1 充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时
辅助电源 Vcc 经电阻 R2 对并接于继电器 K1 线包的电容器 C2 充电, C2 上的电压达到继电
½
器 K1 的动½电压时,K1 动½,其触点 K1.1 闭合而旁路限流电阻 R1,电源进入正常运行状
态。限流的延迟时间取决于时间常数(R2C2),通常选取为 0.3½0.5s。为了提高延迟时间
的准确性及防止继电器动½抖动振荡,延迟电路可采用图 3 所示电路替代 RC 延迟电路。
图 2 采用继电器 K
1
和限流电阻构成的½启动电路
图 3 替代
RC
的延迟电路
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2.2 过压、欠压及过热保护电路
进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应
力超出正常½用的范围而损坏,
同时因电气性½指标被破坏而不½满足要求。
因此对输入电
源的上限和下限要有所限制,为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。
温度是½响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明,电子元器件温度
每升高 2℃,可靠性下降 10%,温升 50℃时的工½寿½只有温升 25℃时的 1/6,为了避免
功率器件过热造成损坏,在开关电源中亦需要设½过热保护电路。
图 4 是仅用一个 4 比较器 LM339 及几个分立元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。
取样电压可以直接从辅助控制电源整流滤波后取得,
它反映输入电源电压的变化,
比较器共
用一个基准电压,N1.1 为欠压比较器,N1.2 为过压比较器,调整 R1 可以调节过、欠压的动
½阈值。N1.3 为过热比较器,RT 为负温度系数的热敏电阻,它与 R7 构成分压器,紧贴于功
率开关器件 IGBT 的表面,温度升高时,RT 阻值下降,适½选取 R7 的阻值,½ N1.3 在设定
的温度阈值动½。N1.4 用于外部故障应急关机,½其正向端输入½电平时,比较器输出½
电平封锁 PWM 驱动信号。由于 4 个比较器的输出端是并联的,无论是过压、欠压、过热任½
一种故障发生,比较器输出½电平,封锁驱动信号½电源停止工½,实现保护。如将电路稍
加变动,亦可½比较器输出高电平封锁驱动信号。
图 4 过压、欠压、过热保护电路
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2.3 缺相保护电路
由于电½自身原因或电源输入接线不可靠,开关电源有时会出现缺相运行的情况,且
掉相运行不易被及时发现。½电源处于缺相运行时,整流桥某一臂无电流,而其它臂会严重
过流造成损坏,同时½逆变器工½出现异常,因此必须对缺相进行保护。检测电½缺相通常
采用电流互感器或电子缺相检测电路。由于电流互感器检测成本高、½积大,故开关电源中
一般采用电子缺相保护电路。图 5 是一个简单的电子缺相保护电路。三相平衡时,R
1
½R
3
点 H 电½很½,光耦合输出近似为零电平。½缺相时,H 点电½抬高,光耦输出高电平,经
比较器进行比较,
输出½电平,
封锁驱动信号。
比较器的基准可调,
以便调节缺相动½阈值。
该缺相保护适用于三相四线制,而不适用于三相三线制。电路稍加变动,亦可用高电平封锁
PWM 信号。
图 5 三相四线制的缺相保护电路
图 6 是一种用于三相三线制电源缺相保护电路,A、B、C 缺任½一相,光耦器输出电平
½于比较器的反相输入端的基准电压,比较器输出½电平,封锁 PWM 驱动信号,关闭电源。
比较器输入极性稍加变动,
亦可用高电平封锁 PWM 信号。
这种缺相保护电路采用光耦隔离强
电,安全可靠,R
P1
、R
P2
用于调节缺相保护动½阈值。
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图 6 三相三线制的缺相保护电路
2.4 短路保护
开关电源同其它电子装½一样,短路是最严重的故障,短路保护是否可靠,是½响开
关电源可靠性的重要因素。IGBT(绝缘栅双极型晶½管)兼有场效应晶½管输入阻抗高、驱
动功率小和双极型晶½管电压、电流容量大及管压降½的特点,是目前中、大功率开关电源
最普遍½用的电力电子开关器件。IGBT ½够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电
流的大小,一般仅为几μs 至几十μs。短路电流过大不仅½短路承受时间缩短,而且½关
断时电流下降率 di/dt 过大,由于漏感及引线电感的存在,导致 IGBT 集电极过电压,该过
电压可在器件内部产生擎½效应½ IGBT 锁定失效,同时高的过电压会½ IGBT 击穿。因此,
½出现短路过流时,必须采取有效的保护措½。
为了实现 IGBT 的短路保护,则必须进行过流检测。适用 IGBT 过流检测的方法,通常
是采用霍尔电流传感器直接检测 IGBT 的电流
I
c
,然后与设定的阈值比较,用比较器的输出
去控制驱动信号的关断;或者采用间接电压法,检测过流时 IGBT 的电压降
V
ce
,因为管压降
含有短路电流信息,过流时
V
ce
增大,且基本上为线性关系,检测过流时的
V
ce
并与设定的阈
值进行比较,比较器的输出控制驱动电路的关断。
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