開關電源過流保護電路設計

鐘榮臻

四川九洲電器集團有限責任公司 四川綿陽 621000

隨著電子技術的快速發展，各種新式的電子設備不斷出現，而這些電子設備都離不開電源，可以說電源是所有電子設備工作的動力之源，而開關電源是中小功率電源的主流產品。對于開關電源，其保護電路（包括過流保護、過壓保護、欠壓保護、EMC以及防浪涌等電路）設計技術具有很重要的研究價值，本文作者設計了5種過流保護電路，并進行了詳盡分析或剖析[1]。

1 開關電源的電路結構設計

1.1 設計需要

為了減少電磁輻射和耦合，要求DC-DC模塊的一次側、二次側、負載側環路面積最小。電源電路不管形式有多復雜，其大電流環路都要盡可能小。電源線和地線總是要很近放置。如果電路中使用了開關電源，開關電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑最短的原則。濾波電容要靠近開關電源相關引腳。使用共模電感，靠近開關電源模塊。單板上長距離的電源線不能同時接近或穿過級聯放大器（增益大于45dB）的輸出和輸入端附近。避免電源線成為RF信號傳輸途徑，可能引起自激或降低扇區隔離度。長距離電源線的兩端都需要加上高頻濾波電容，甚至中間也加高頻濾波電容。RF PCB的電源入口處組合并聯三個濾波電容，利用這三種電容的各自優點分別濾除電源線上的低、中、高頻。例如：10uf，0．1uf，100pf。并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輸入管腳。

1.2 拓撲結構的選擇

雙端正激也稱為非對稱橋，由兩個功率管和與兩個二極管組成電橋，但只有功率管可控導通，變壓器單向磁化，沒有橋式電路的橋臂直通問題，因此抗干擾能力更強。相對于反激式來說可以承受更大的功率，且輸出變壓器輸出的電能利用率高。本系統采用正激式開光電源拓撲結構，采用UC3842控制型脈寬調制器芯片，具有更穩定的電流輸出，更好的瞬態特性，因而可以更好地給射頻電路，數據處理電路，加熱芯，熱床等提供足夠的功率，保證其能穩定工作。

1.3 設計流程

正激式開關電源需要將220V的市電轉化為直流，而開關之后具有較大的紋波，還需要濾波才能使用，同時需要在輸出端加入限流保護，防雷擊保護等，一個完整的電源設計流程如圖1所示，接下來進行模塊化分析。

圖1 系統流程圖

2 基于達林頓管和繼電器的過流保護電路設計

本設計的主要目標是當開關管的漏級電流達到2A的時候，自動停止脈寬調制芯片的脈寬輸出，以達到保護電路核心芯片和器件的目的，所以R1選擇精度為1/100或以上的高精度0．7Ω電阻，這樣能保證當開關管電流超過2A時，達林頓管Q2導通，進12V繼電器導通，開關由常閉變為開，因此脈寬調制芯片失去供電，停止工作，達到了保護開關管及其他重要電路的目的。從圖2中也可以看出，當大電流消失之后，脈寬調制芯片會自動恢復供電，電源重新進入正常工作狀態。

圖2 過流保護電路電路

3 輸出濾波器的設計

在開關電源中，由于變壓器的漏感、電路板所布導線的引線電感等問題的存在，開關管在關斷瞬間會產生很高的電壓尖峰脈沖。整流快速恢復二極管由于存在存儲效應，反向恢復過程中也會出現很高的反向恢復的碾壓尖峰脈沖。為避免過電壓尖峰脈沖危及功率器件的工作安全或者形成很強的電磁干擾噪聲。故輸出濾波電路設計如圖3所示：

圖3 輸出濾波電路

由電阻R1和電容C2串聯構成緩沖電路，電壓脈沖能量經電阻消耗后轉移到電容器中儲存，然后電容器的儲能通過電阻消耗后返回電源，而且輸出二極管兩端產生的反向浪涌電壓同時也受到限制，因此反向浪涌電流就會隨之而減少，同時減少損耗和可能出現的振蕩。由于開關電源改變PWM占空比只能改變電壓有效值不能改變電壓的幅值，因此需要在緩沖電路后加上圖中右側部分，D7為續流二極管，L1為續流電感。C4，L2，C5構成Π型濾波器，當負載足夠大時輸出波形平滑，輸出幅值為輸入的平均值。

4 結語

在實際的開關電源設計過程中，會根據電源的具體需求來確定過流保護電路具體設計方法，在設計電路的過程中，筆者充分考慮了開關電源設計的具體需求，所以本文中所設計的開關電源過流保護電路，經過驗證高效、可靠、實用，有很強的生產實用價值。