開關(guān)電源安全保護(hù)電路剖析

如圖7 所示為恒流過流保護(hù)電路. 電路中R1和R2 對(duì)VR 進(jìn)行分壓, 電阻R2 上分得的電壓VR2= VR[ R2/ ( R1+ R2) ] 負(fù)載電流I0, 測電阻RS 上的電壓VS= I0RS, 電壓VS 和VR2 進(jìn)行比較, 如果VS>VR2,A 輸出控制信號(hào), 使脈沖信號(hào)頻率變化, 使輸出電壓下降, 輸出電流I0 減小。

圖8 是常見的光電耦合器驅(qū)動(dòng)過流保護(hù)電路,其工作原理: 當(dāng)輸出電流過大時(shí), RS 兩端電壓上升,IC2② 腳電壓高于③腳基準(zhǔn)電壓, IC2 輸出高電壓,V1 導(dǎo)通, 光電耦合器IC1 發(fā)生光電效應(yīng), 使振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化, 從而控制開關(guān)管的脈沖信號(hào)的寬度( 或頻率) 發(fā)生變化, 使得輸出電壓降低, 達(dá)到輸出過載限流的目的。

2. 3 存在不足

檢測電阻RS 總是串在電路中, 若檢測電阻RS值取得較小, 電路保護(hù)反應(yīng)速度不快, 精度也不太高, 若檢測電阻RS 值取得太大, 功耗就會(huì)明顯增加, 檢測電阻RS 存在著無功損耗而降低開關(guān)電源的效率. 為減小檢測電阻RS 的無功損耗, 將采取檢測信號(hào)放大等電路, 提高保護(hù)電路的反應(yīng)速度、精度。

3 過壓保護(hù)電路剖析

開關(guān)電源電路過壓分為電源外因過壓和內(nèi)因過壓, 它們都會(huì)使電子設(shè)備工作異?；驘龤щ娮釉O(shè)備的器件. 電源外因過壓主要有錯(cuò)接入380 V 的電壓;內(nèi)因過壓主要來自開關(guān)電源本身電路異?；蛟骷p壞( 失去穩(wěn)壓控制) 使輸出電壓過高. 最常見的過壓保護(hù)電路有斷路法和開關(guān)管截止法。

3. 1 斷路法過壓保護(hù)

外因過壓主要來自工頻電網(wǎng)電壓過高, 如因錯(cuò)接入380 V 的電壓, 如圖9 是一個(gè)用繼電器J 關(guān)斷電路起保護(hù)的電路. 當(dāng)交流電源正常時(shí), 通過穩(wěn)壓管VS 的電流很小, IRR VbeQ, 因而三極管V 截止, 繼電器J 處于常閉( 導(dǎo)通) 狀態(tài). 因某種原因交流電源高于正常狀態(tài)值時(shí), 通過穩(wěn)壓管VS 的電流很大,IRR> VbeQ, 導(dǎo)致三極管V( 飽和) 導(dǎo)通, 繼電器J 動(dòng)作, 切斷輸入電路, 從而達(dá)到保護(hù)開關(guān)電源電路及負(fù)載電路. 當(dāng)交流電源恢復(fù)正常時(shí), 三極管V 截止, 繼電器J 處于常閉( 導(dǎo)通) 狀態(tài). 優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)恢復(fù)供電, 缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差, 繼電器J 的體積較大。

3. 2 開關(guān)管截止法過壓保護(hù)

開關(guān)電源本身電路異?；蛟骷p壞( 失去穩(wěn)壓控制) 使輸出電壓過高. 如圖10 所示是用可控硅驅(qū)動(dòng)的過壓保護(hù)電路. 在正常的電壓輸出情況下,T803 第3 繞組中上端正、下端負(fù)的電壓經(jīng)R1、R2 分壓后不能使VD 擊穿導(dǎo)通, 可控硅V2 也截止, 保護(hù)電路不動(dòng)作. 因某原因開關(guān)管V1 失去穩(wěn)壓控制, 輸出電壓異常升高, 高頻變壓器T 第3 繞組電壓經(jīng)R1、R2 分壓后將超過VD 的擊穿電壓值, 使VD 擊穿并引起可控硅V2 觸發(fā)導(dǎo)通. 可控硅V2 觸發(fā)后, 使電容C 上端接地, 并使開關(guān)管V1 迅速截止. 高頻變壓器T 第3 繞組電壓經(jīng)整流后, 能使穩(wěn)壓電路輸出減弱振蕩控制信號(hào), 進(jìn)一步使開關(guān)管V1 加速截止.保護(hù)電路動(dòng)作后, 由于整流濾波后的直流電壓經(jīng)R3給可控硅V2 的A 極供電, 所以V2 將一直導(dǎo)通下去, 直到故障排除后再次開機(jī),V2 才截止。

如圖11 所示是用光電耦合器驅(qū)動(dòng)的過壓保護(hù)電路. 其中, 光電耦合器IC1 在開關(guān)電源中起兩個(gè)作用. 一是實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器; 另一個(gè)作用是對(duì)輸入與輸出進(jìn)行了隔離。

當(dāng)輸出電壓超過正常值時(shí), 在誤差比較放大器IC2 的驅(qū)動(dòng)下, 使光電耦合器IC1 內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光, 進(jìn)而使IC1 光電耦合器的內(nèi)部光敏三極管飽和導(dǎo)通, 于是開關(guān)管V 脈沖電流被光敏三極管短路,所以開關(guān)管V 迅速截止. 保護(hù)電路動(dòng)作后, 由于副電源直流電壓可控硅的A 極供電, 所以可控硅將一直導(dǎo)通下去, 光敏三極管也一直飽和導(dǎo)通, 直到再次開機(jī)。

3. 3 存在不足

由于開關(guān)管截止, 沒有輸出電壓. 但當(dāng)輸入接錯(cuò)線而引入380 V 的電壓時(shí), 其濾波電容、開關(guān)管等元件所加的電壓仍然為380 V, 若這些元件的耐壓不夠而損壞。

4 實(shí)際電路分析

如圖12 為一個(gè)實(shí)際開關(guān)電源電路. 220 V 的交流電經(jīng)整流濾波后得到約300 V 的直流電壓, 再經(jīng)T3 的5、1 端繞組加到V3( 大功率開關(guān)管) 集電極.L22、L23 可延續(xù)脈沖電流對(duì)V3 電極的沖擊, C23、C24 可吸收V3 集電極尖峰脈沖, 以防止V3 擊穿損壞.T3 的9、7 端繞組為正反饋繞組, 其反饋電勢(shì)經(jīng)R26、C19 耦合到V3 基極, 從而使V3 產(chǎn)生自激振蕩,振蕩頻率為30- 60 kHz. VD39 為正反饋耦合電容C19 提供放電回路, 同時(shí)又將V3 在截止期的b- e極反向電壓限制在0. 7 V, 以防止V3 的b- e 擊穿。

V20 為恒流驅(qū)動(dòng)管, T3 的8、7 端繞組電勢(shì)經(jīng)VD20 整流和C21 電容濾波后建立約8 V 左右的直流電壓, 該電壓經(jīng)R22 給V20 集電極供電. 在開關(guān)管V3 飽和期間, T3 的9 端的電勢(shì)經(jīng)R23 使V20 導(dǎo)通, 因此V20 是為V3 提供恒流驅(qū)動(dòng)電流, 其大小由R22 阻值決定, 恒流驅(qū)動(dòng)使開關(guān)電源交流輸入電壓范圍擴(kuò)大至90- 270 V。

V21 有兩個(gè)作用, 第一是過壓保護(hù), 當(dāng)C21 兩端的電壓由正常值8 V 上升到10 V 時(shí). VD44 擊穿導(dǎo)通, 并引起V21 導(dǎo)通,V3 基極激勵(lì)電流被V21 的ce極所短路, 使開關(guān)管V3 處于截止?fàn)顟B(tài)而被保護(hù).第二個(gè)作用是對(duì)V3 導(dǎo)通進(jìn)行延時(shí)控制. 在V3 截止期間,T3 的8 端正電勢(shì)、7 端的負(fù)電勢(shì)經(jīng)VD43 給C33 充電, 當(dāng)V3 由截止?fàn)顟B(tài)向飽和狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí), C33所充電壓將維持V21 再導(dǎo)通一段時(shí)間, 在此期間內(nèi),V21 對(duì)V3 基極的激勵(lì)電流進(jìn)行分流, 也就是將V3 的導(dǎo)通延時(shí)了一段時(shí)間, 此時(shí)V3 集電極電壓已下降至低點(diǎn), 以減小V3 由截止向飽和狀態(tài)翻轉(zhuǎn)瞬間產(chǎn)生的功率損耗。

V38 是欠壓保護(hù)控制管, 首先是T3 的7 端為正電勢(shì)、9 端為負(fù)電勢(shì)并經(jīng)VD24 整流在C26 上建立約- 10 V 直流電壓, 此- 10 V 電壓經(jīng)R69、R67 加到V38 的基極. 另外, 300V 電壓經(jīng)R68 也加到V38 基極. 當(dāng)輸入交流電壓低于110 V 時(shí), 也就是說整流、濾波后得到的直流電壓從300 V 降低至150V 以下,此時(shí)V38 基極電位也降低, 于是V38 導(dǎo)通, 然后引起V24、V22 導(dǎo)通,V3 基極激勵(lì)電流被V22 旁路, 使開關(guān)管V3 處于截止?fàn)顟B(tài)而起保護(hù)。

V25 是過流保護(hù)控制管, R39 是開關(guān)管V3 的過流檢測電阻, R39 上的過流壓降經(jīng)R33 加到V25 基極, 使V25 導(dǎo)通后引起V22 導(dǎo)通, 因而開關(guān)管V3 由于過流而被處于截止?fàn)顟B(tài)。