開關(guān)電源工程師必知的幾種保護(hù)電路

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，因此直流開關(guān)電源開始發(fā)揮著越來越重要的作用，并相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。但是由于開關(guān)電源中控制電路比較復(fù)雜，晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差，在使用過程中給用戶帶來很大不便。為了保護(hù)開關(guān)電源自身和負(fù)載的安全，根據(jù)了直流開關(guān)電源的原理和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了過熱保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)以及軟啟動保護(hù)電路。

　　文中主要討論了直流開關(guān)電源內(nèi)部器件的各種保護(hù)方式，并介紹了一些具體電路.對一個給定的直流開關(guān)電源來說，保護(hù)電路是否完善并按預(yù)定設(shè)置工作，對電源裝置的安全性和可靠性至關(guān)重要。因?yàn)殚_關(guān)電源的保護(hù)方案和電路結(jié)構(gòu)具有多樣性，所以對具體電源裝置而言，應(yīng)選擇合理的保護(hù)方案和電路結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，通常選用幾種保護(hù)方式加以組合的方式構(gòu)成完善的保護(hù)系統(tǒng)，確保直流開關(guān)電源的正常工作。

　　1 開關(guān)電源的原理及特點(diǎn)

　　1.1 工作原理

　　直流開關(guān)電源由輸入部分、功率轉(zhuǎn)換部分、輸出部分、控制部分組成.功率轉(zhuǎn)換部分是開關(guān)電源的核心，它對非穩(wěn)定直流進(jìn)行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。它主要由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成.圖1畫出了直流開關(guān)電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器，開關(guān)管 V ，激勵信號，續(xù)流二極管 Vp ，儲能電感和濾波電容 C 組成.實(shí)際上，直流開關(guān)電源的核心部分是一個直流變壓器。

　　1.2 特點(diǎn)

　　為了適應(yīng)用戶的需求，國內(nèi)外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是通過改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體( Mn-Zn )材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能，同時SMT 技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄.因此直流開關(guān)電源的發(fā)展趨勢是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

　　直流開關(guān)電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾，適應(yīng)惡劣環(huán)境和突發(fā)故障的能力較弱.由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進(jìn)國家還有一定的差距，因此直流開關(guān)電源的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價(jià)成本較高。　　2 直流開關(guān)電源的保護(hù)

　　基于直流開關(guān)電源的特點(diǎn)和實(shí)際的電氣狀況，為使直流開關(guān)電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文根據(jù)不同的情況設(shè)計(jì)了多種保護(hù)電路。

　　2.1 過電流保護(hù)電路

　　在直流開關(guān)電源電路中，為了保護(hù)調(diào)整管在電路短路、電流增大時不被燒毀.其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一值時，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動切斷電路電流.如圖 2 所示，過電流保護(hù)電路由三極管 BG2和分壓電阻 R4 、 R5 組成。電路正常工作時，通過 R4 與 R5 的分壓作用，使得 BG2 的基極電位比發(fā)射極電位低，發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是 BG2 處于截止?fàn)顟B(tài)(相當(dāng)于開路)，對穩(wěn)壓電路沒有影響。當(dāng)電路短路時，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當(dāng)于接地，則 BG2 處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)(相當(dāng)于短路)，從而使調(diào)整管 BG1 基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止?fàn)顟B(tài)，切斷電路電流，從而達(dá)到保護(hù)目的。

　　2.2 過電壓保護(hù)電路

　　直流開關(guān)電源中開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)和輸出過電壓保護(hù)。如果開關(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源(諸如蓄電池和整流器)的電壓如果過高，將導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作，甚至損壞內(nèi)部器件，因此開關(guān)電源中有必要使用輸入過電壓保護(hù)電路.圖 3 為用晶體管和繼電器所組成的保護(hù)電路，在該電路中，當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過電阻 R ，使晶體管T導(dǎo)通，繼電器動作，常閉接點(diǎn)斷開，切斷輸入。輸入電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過電壓保護(hù)結(jié)合在一起，構(gòu)成極性保護(hù)鑒別與過電壓保護(hù)電路.。

　　2.3 軟啟動保護(hù)電路

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜，開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機(jī)瞬間，濾波電容器會