開關(guān)電源的過流保護(hù)電路

趙 衛(wèi)

(山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)自動(dòng)化部檢測中心，山東萊蕪 271104)

開關(guān)電源作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的供電設(shè)備，不僅其性能要滿足供電設(shè)備的需求，自身保護(hù)措施也很關(guān)鍵。為了提高開關(guān)電源的可靠性，使其能夠在惡劣環(huán)境以及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，需要設(shè)計(jì)合理的保護(hù)電路。

1 開關(guān)電源常用過流保護(hù)電路

1.1 采用電流傳感器進(jìn)行電流檢測

過流檢測傳感器的工作原理如圖1所示。通過變流器所獲得的變流器次級(jí)電流經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓直流化后，由電壓比較器與設(shè)定值相比較，若直流電壓大于設(shè)定值，則發(fā)出辨別信號(hào)。但是這種檢測傳感器一般多用于監(jiān)視感應(yīng)電源的負(fù)載電流，為此需采取如下措施。由于感應(yīng)電源啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流為額定值的數(shù)倍，與啟動(dòng)結(jié)束時(shí)的電流相比大得多，所以在單純監(jiān)視電流電瓶的情況下，感應(yīng)電源啟動(dòng)時(shí)應(yīng)得到必要的輸出信號(hào)，必須用定時(shí)器設(shè)定禁止時(shí)間，使感應(yīng)電源啟動(dòng)結(jié)束前不輸出不必要的信號(hào)，定時(shí)結(jié)束后，轉(zhuǎn)入預(yù)定的監(jiān)視狀態(tài)［1］。

圖1 過流檢測原理框圖

1.2 啟動(dòng)浪涌電流限制電路

開關(guān)電源在加電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的浪涌電流，因此必須在電源的輸入端安裝防止浪涌電流的軟啟動(dòng)裝置，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對(duì)交流呈現(xiàn)出較低的阻抗。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近數(shù)百A［2］。

開關(guān)電源的輸入一般采用電容整流濾波電路如圖2所示，濾波電容C可選用低頻或高頻電容器，若用低頻電容器則需并聯(lián)同容量高頻電容器來承擔(dān)充放電電流。圖中在整流和濾波之間串入的限流電阻Rsc是為了防止浪涌電流的沖擊。合閘時(shí)Rsc限制了電容C的充電電流，經(jīng)過一段時(shí)間，C上的電壓達(dá)到預(yù)置值或電容C1上電壓達(dá)到繼電器T動(dòng)作電壓時(shí)，Rsc被短路完成了啟動(dòng)。同時(shí)還可以采用可控硅等電路來短接Rsc。當(dāng)合閘時(shí)，由于可控硅截止，通過Rsc對(duì)電容C進(jìn)行充電，經(jīng)一段時(shí)間后，觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，從而短接了限流電阻Rsc。

圖2 整流濾波電路

1.3 采用基極驅(qū)動(dòng)電路的限流電路

在一般情況下，利用基極驅(qū)動(dòng)電路將電源的控制電路和開關(guān)晶體管隔離開。控制電路與輸出電路共地，限流電路可以直接與輸出電路連接，工作原理如圖3所示，當(dāng)輸出過載或者短路時(shí)，V1導(dǎo)通，R3兩端電壓增大，并與比較器反相端的基準(zhǔn)電壓比較，控制PWM信號(hào)通斷。

圖3 利用基極驅(qū)動(dòng)電路的限流電路

1.4 通過檢測IGBT的Vce

當(dāng)電源輸出過載或者短路時(shí)，IGBT的Vce值則變大，根據(jù)此原理可以對(duì)電路采取保護(hù)措施。對(duì)此通常使用專用的驅(qū)動(dòng)器EXB841，其內(nèi)部電路能夠很好地完成降柵以及軟關(guān)斷，并具有內(nèi)部延遲功能，可以消除干擾產(chǎn)生的誤動(dòng)作。其工作原理如圖4所示，含有IGBT過流信息的Vce不直接發(fā)送到EXB841的集電極電壓監(jiān)視腳6，而是經(jīng)快速恢復(fù)二極管VD1，通過比較器IC1輸出接到EXB841的腳6，從而消除正向壓降隨電流不同而異的情況，采用閾值比較器，提高電流檢測的準(zhǔn)確性。假如發(fā)生了過流，驅(qū)動(dòng)器EXB841的低速切斷電路會(huì)緩慢關(guān)斷IGBT，從而避免集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器件。

圖4 采用IGBT過流時(shí)Vce增大的原理電路

2 結(jié)束語

近年來，開關(guān)電源的應(yīng)用廣泛，對(duì)其可靠性也有了更高的要求。一旦電子產(chǎn)品出現(xiàn)了故障，如果電子產(chǎn)品輸入端短路或者輸出端開路，則電源必須關(guān)閉其輸出電壓，才能保護(hù)功率MOSFET和輸出端設(shè)備等不被燒毀，否則可能引起電子產(chǎn)品的進(jìn)一步損壞，甚至引起操作人員的觸電及火災(zāi)等。所以開關(guān)電源的過流保護(hù)功能一定要完善。

［1］ 張惠，馮英.電源大全［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，1993.

［2］ 楊旭，裴去慶，王兆安.開關(guān)電源技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］ 胡存生，胡鵬.集成開關(guān)電源的設(shè)計(jì)制作調(diào)試與維修［M］.北京:人民郵電出版社，1995.