开关电源保护电路

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1、開關電源保護電路程偉，李定宣(合肥三宇電器技術研究所，安徽 合肥 230088）摘要：為使開關電源在惡劣環境及突發故障狀況下安全可靠，提出了幾種實用的保護電路，並對電路的工作原理進行了詳盡分析。關鍵字：開關電源；保護電路；可靠性　　1   引言   評價開關電源的質量指標應該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術指標滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環境及突發故障情況下安全可靠地工作，必須設計多種保護電路，比如防浪湧的軟啟動，防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、缺相等保護電路。2   開關電源常用的幾種

2、保護電路2.1   防浪湧軟啟動電路   開關電源的輸入電路大都採用電容濾波型整流電路，在進線電源合閘瞬間，由於電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會形成很大的浪湧電流，特別是大功率開關電源，採用容量較大的濾波電容器，使浪湧電流達100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪湧電流，重者往往會導致輸入熔斷器燒斷或合閘開關的觸點燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會使空氣開關合不上閘。上述現象均會造成開關電源無法正常工作，為此幾乎所有的開關電源都設置了防止流湧電流的軟啟動電路，以保證電源正常而可靠運行。   圖1是採用晶閘

3、管V和限流電阻R1組成的防浪湧電流電路。在電源接通瞬間，輸入電壓經整流橋（D1～D4）和限流電阻R1對電容器C充電，限制浪湧電流。當電容器C充電到約80％額定電壓時，逆變器正常工作。經主變壓器輔助繞組產生晶閘管的觸發信號，使晶閘管導通並短路限流電阻R1，開關電源處於正常運行狀態。圖1   採用晶閘管和限流電阻組成的軟啟動電路   圖2是採用繼電器K1和限流電阻R1構成的防浪湧電流電路。電源接通瞬間，輸入電壓經整流（D1～D4）和限流電阻R1對濾波電容器C1充電，防止接通瞬間的浪湧電流，同時輔助電源Vcc經電

4、阻R2對並接於繼電器K1線包的電容器C2充電，當C2上的電壓達到繼電器K1的動作電壓時，K1動作，其觸點K1.1閉合而旁路限流電阻R1，電源進入正常運行狀態。限流的延遲時間取決於時間常數（R2C2），通常選取為0.3～0.5s。為了提高延遲時間的準確性及防止繼電器動作抖動振盪，延遲電路可採用圖3所示電路替代RC延遲電路。圖2   採用繼電器K1和限流電阻構成的軟啟動電路圖3   替代RC的延遲電路2.2   過壓、欠壓及過熱保護電路   進線電源過壓及欠壓對開關電源造成的危害，主要表現在器件因承受的電壓及電

5、流應力超出正常使用的範圍而損壞，同時因電氣性能指標被破壞而不能滿足要求。因此對輸入電源的上限和下限要有所限制，為此採用過壓、欠壓保護以提高電源的可靠性和安全性。   溫度是影響電源設備可靠性的最重要因素。根據有關資料分析表明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10％，溫升50℃時的工作壽命只有溫升25℃時的1/6，為了避免功率器件過熱造成損壞，在開關電源中亦需要設置過熱保護電路。   圖4是僅用一個4比較器LM339及幾個分立元器件構成的過壓、欠壓、過熱保護電路。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波後取

6、得，它反映輸入電源電壓的變化，比較器共用一個基準電壓，N1.1為欠壓比較器，N1.2為過壓比較器，調整R1可以調節過、欠壓的動作閾值。N1.3為過熱比較器，RT為負溫度係數的熱敏電阻，它與R7構成分壓器，緊貼於功率開關器件IGBT的表面，溫度升高時，RT阻值下降，適當選取R7的阻值，使N1.3在設定的溫度閾值動作。N1.4用於外部故障應急關機，當其正向端輸入低電平時，比較器輸出低電平封鎖PWM驅動信號。由於4個比較器的輸出端是並聯的，無論是過壓、欠壓、過熱任何一種故障發生，比較器輸出低電平，封鎖驅動信號使電

7、源停止工作，實現保護。如將電路稍加變動，亦可使比較器輸出高電平封鎖驅動信號。圖4   過壓、欠壓、過熱保護電路2.3   缺相保護電路   由於電網自身原因或電源輸入接線不可靠，開關電源有時會出現缺相運行的情況，且掉相運行不易被及時發現。當電源處於缺相運行時，整流橋某一臂無電流，而其他臂會嚴重過流造成損壞，同時使逆變器工作出現異常，因此必須對缺相進行保護。檢測電網缺相通常採用電流互感器或電子缺相檢測電路。由於電流互感器檢測成本高、體積大，故開關電源中一般採用電子缺相保護電路。圖5是一個簡單的電子缺相保護電路

8、。三相平衡時，R1～R3結點H電位很低，光耦合輸出近似為零電平。當缺相時，H點電位抬高，光耦輸出高電平，經比較器進行比較，輸出低電平，封鎖驅動信號。比較器的基準可調，以便調節缺相動作閾值。該缺相保護適用於三相四線制，而不適用於三相三線制。電路稍加變動，亦可用高電平封鎖PWM信號。圖5   三相四線制的缺相保護電路   圖6是一種用於三相三線制電源缺相保護電路，A、B、C缺任何一相，光耦器輸出電平低於比較器的反相輸