开关电源保护电路的研究

时间:2024-03-18作者:佚名

开关电源保护电路的研究

1引言

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[1、2、3]。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。同时,在同一开关电源电路中,设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够的重视。

2防浪涌软启动电路

开关电源的输入电路大都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,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达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;轻者也会使空气开关合不上闸[4]。上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。防浪涌软启动电路通常有晶闸管保护法和继电器保护法两大类。

(1) 晶闸管保护法

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(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的触发信号,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。

开关电源保护电路的研究

图1采用晶闸管和限流电阻组成的防浪涌电流电路

(2)继电器保护法

开关电源保护电路的研究

图2采用继电器K和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路 图3替代R2C2延迟电路

图2是采用继电器K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(D1~D4)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K线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K的动作电压时,K动作,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0.3~0.5s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图3所示电路替代R2C2延迟电路。

3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能力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。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。

温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明[5],电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%,温升50℃时的工作寿命只有温升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置过热保护电路。

开关电源保护电路的研究

图4 过压、欠压、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、欠压的动作阈值。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,适当选取R7的阻值,使N1.3在设定的温度阈值动作。N1.4用于外部故障应急关机,当其正向端输入低电平时,比较器输出低电平封锁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、过热任何一种故障发生,比较器输出低电平,封锁驱动信号使电源停止工作,实现保护。如将电路稍加变动,亦可使比较器输出高电平封锁驱动信号。

4缺相保护电路

由于电网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。当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,同时使逆变器工作出现异常,因此,必须对缺相进行保护。检测电网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、体积大,故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。图5是一个简单的缺相保护电路。三相平衡时,R1~R3结点H电位很低,光耦合输出(jìn)似为零电平。当缺相时,H点电位抬高,光耦输出高电平,经比较器进行比较,输出低电平,封锁驱动信号。比较器的基准可调,以便调节缺相动作阈值。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。

开关电源保护电路的研究

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缺任何一相,光耦器输出电平低于比较器的反相输入端的基准电压,比较器输出低电平,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,RP1、RP2用于调节缺相保护动作阈值。

开关电源保护电路的研究

图6 三相三线制的缺相保护电路

5短路保护

相关阅读

西门子s7-200PLC的密码保护功能

西门子S7-200plc 系统提供了强大的密码保护功能 ,以保护程序开发者的知识产权,防止未经授权的操作等。 密码不能破解,用户不必为此咨询西门子技术支持部门。 在许多场合都可以使...
2023-03-21

常见的开关电源拓扑结构

电源,是一种能够提供电能的设备。 开关电源是采用开关管开关技术的电源。 自第二次工业革命以来,伴随着半导体晶体管的发展,开关电源技术也如火如荼地发展起来,并深入到我...
2023-05-01
常见的开关电源拓扑结构

关于接触器的一切,这一篇讲清楚了,建议收藏慢慢看

接触器是一种用来接通或分断带有负载的交流或直流主电路或大容量控制电路的电器元件。它主要控制的对象是电动机、变压器等电力负载,可实现远距离接通或分断电路,可频繁操作...
2023-06-13
关于接触器的一切,这一篇讲清楚了,建议收藏慢慢看

直流电磁铁与交流电磁铁的选择要求

本文介绍了直流电磁铁与交流电磁铁的选择问题,直流电磁铁与交流电磁铁哪个好,交流电磁铁与直流电磁铁的铁芯组成不同,交流电磁铁吸合前后电流变化也不同,下面具体来看下。...
2023-06-26
直流电磁铁与交流电磁铁的选择要求

接地线的安装步骤,一起来了解,我来帮您科普

接地线的安装 接地线是接地干线和接地支线的总称,若只有一套接地装置,即不存在接地支线时则接地线是指接地体与设备接地点间的连接线。 接地干线是接地体之间的连接导线,或...
2023-06-13
接地线的安装步骤,一起来了解,我来帮您科普

热销商品

广东珠江电线电缆阻燃国标定制BYJBV BVR YJV YJY RVV RVS RV KVV

广东珠江电线电缆,专注于阻燃国标定制,产品涵盖BYJBVBVRYJVYJYRVVRVSRVKVV等多种规格。我们采用先进生产技术,严格遵循国家标准,确保产品质量可靠、性能稳定。产品适...
¥ 1

可换头防静电塑胶镊子ESD-7A/242/249/259防划伤夹IC硅晶片陶瓷头

ESD-7A/242/249/259是一款专为半导体行业设计的防静电塑胶镊子,有效防止静电对敏感电子元件的损害。其独特之处在于可更换的镊子头,包括专为夹持IC硅晶片和陶瓷元件...
¥ 2

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

L型套筒扳手铣口烟斗双头弯头7字穿孔机修六角汽修轮胎工具6-19mm

L型套筒扳手是一款常用于工业领域的多功能工具,具备双头设计,可高效完成铣口、烟斗等多种工件孔位加工,适用六角汽修、轮胎等场景。其套筒尺寸为6-19mm,精准适配各类...
¥ 3.5

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店,作为西门子品牌的专卖店,提供了一系列高品质、设计新颖的家居电气产品。这里销售的开关插座采用无框...
¥ 8.77

网站栏目