常用直流開關(guān)電源的保護(hù)電路設(shè)計(jì)
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，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了直流開關(guān)電源[1-3]。同時(shí)隨著許多高新技術(shù)，包括高頻開關(guān)技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、同步整流技術(shù)、智能化技術(shù)、表面安裝技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這為直流開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。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(dòng)保護(hù)電路。
大功率直流開關(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(duì)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(lì)信號(hào)，續(xù)流二極管Vp，儲(chǔ)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(gè)直流變壓器。 信息請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)
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(shí)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(shì)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.
3 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。
3.1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(shí)不被燒毀。其基本方法是，當(dāng)輸出電流超過某一值時(shí)，調(diào)整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流。如圖1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(shí)，通過R4與R5的壓作用，使得BG2 的基極電位比發(fā)射極電位高，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(duì)穩(wěn)壓電路沒有影響。當(dāng)電路短路時(shí)，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。
3.2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(shí)，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(dòng)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。
3.3 軟啟動(dòng)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(huì)流過很大的浪涌電流,這個(gè)浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會(huì)使普通電源開關(guān)的觸點(diǎn)或繼電器的觸點(diǎn)熔化,并使輸入保險(xiǎn)絲熔斷。另外，浪涌電流也會(huì)損害電容器,使之壽命縮短,過早損壞。為此,開機(jī)時(shí)應(yīng)該接入一個(gè)限流電阻,通過這個(gè)限流電阻來對(duì)電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過多的功率，以致影響開關(guān)穩(wěn)壓器的正常工作,而在開機(jī)暫態(tài)過程結(jié)束后，用一個(gè)繼電器自動(dòng)短接它,使直流電源直接對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓器供電，這種電路稱之謂直流開關(guān)電源的“軟啟動(dòng)”電路 。
如圖4(a)所示，在電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流橋(D1～D4)和限流電阻R1對(duì)電容器C充電，限制浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時(shí)，逆變器正常工作。經(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1，開關(guān)電源處于正常運(yùn)行狀態(tài)。為了提高延遲時(shí)間的準(zhǔn)確性及防止繼電器動(dòng)作抖動(dòng)振蕩，延遲電路可采用圖4(b)所示電路替代RC延遲電路。
3.4過熱保護(hù)電路
直流開關(guān)電源中開關(guān)穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內(nèi)的功率密度大大提高，因此如果電源裝置內(nèi)部的元器件對(duì)其工作環(huán)境溫度的要求沒有相應(yīng)提高，必然會(huì)使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率直流開關(guān)電源中應(yīng)該設(shè)過熱保護(hù)電路。
本文采用溫度繼電器來檢測(cè)電源裝置內(nèi)部的溫度，當(dāng)電源裝置內(nèi)部產(chǎn)生過熱時(shí)，溫度繼電器就動(dòng)作，使整機(jī)告警電路處于告警狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的過熱保護(hù)。如圖5(a)所示，在保護(hù)電路中將P型控制柵熱晶閘管放置在功率開關(guān)三極管附近，根據(jù)TT102的特性(由Rr值確定該器件的導(dǎo)通溫度，Rr越大，導(dǎo)通溫度越低)，當(dāng)功率管的管殼溫度或者裝置內(nèi)部的溫度超過允許值時(shí)，熱晶閘管就導(dǎo)通，使發(fā)光二極管發(fā)亮告警。倘若配合光電耦合器，就可使整機(jī)告警電路動(dòng)作，保護(hù)開關(guān)電源。該電路還可以設(shè)計(jì)成如圖5(b)所示，用作功率晶體管的過熱保護(hù)，晶體開關(guān)管的基極電流被N型控制柵熱晶閘管TT201旁路，開關(guān)管截止，切斷集電極電流,防止過熱。
4 小結(jié)
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(duì)一個(gè)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(duì)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(duì)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。
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一、簡介 我公司大功率開關(guān)直流穩(wěn)壓電源具有體積
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一、簡介 我公司大功率可調(diào)開關(guān)電源采用國內(nèi)先進(jìn)的全橋移相軟開關(guān)技術(shù)，使用德國西門子公司的IGBT，美國摩托羅拉公司的快恢復(fù)二極管，日本的超微晶磁芯等主要元器件，生產(chǎn)出從幾十瓦到數(shù)百千瓦不等的可調(diào)開關(guān)電源、大功率開關(guān)電源等，具有過壓、過流、過熱、
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一、簡介 大功率開關(guān)電源具有過壓過流全保護(hù)及報(bào)警功能，并且可以選型輸出電壓或電流上、下限報(bào)警功能的機(jī)型，上、下限報(bào)警數(shù)值可任意設(shè)置（通用機(jī)型不附此功能）。我公司可根據(jù)客戶需求訂制特殊電源。大功率開關(guān)直流電源有極高的穩(wěn)定度和可靠性是科研部門,
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一、簡介 大功率高頻開關(guān)電源是我公司采用國際先進(jìn)的高頻SPWM技術(shù)研制而成，產(chǎn)品具有轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)壓穩(wěn)流、精度高及瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)先進(jìn)等特點(diǎn)，輸出電流波形平滑，紋波
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一、簡介 大功率直流開關(guān)電源采用無工頻變壓器的開關(guān)電源技術(shù)，因而具備交、直流兼容輸入功能，而且輸入電壓范圍寬大功率可調(diào)穩(wěn)壓恒流直流開關(guān)電源采用先進(jìn)的開關(guān)直流電源控制技術(shù)和元器件，以及精心的設(shè)計(jì)，整機(jī)體積
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一、簡介 大功率開關(guān)電源采用采用國際先進(jìn)的高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，配以穩(wěn)定的三菱 IGBT 做調(diào)整原件，使該開關(guān)直流電源具有轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)壓穩(wěn)流、精度高及瞬態(tài)響應(yīng)好等特點(diǎn)，電壓電流連續(xù)可調(diào)，且LED數(shù)碼管顯示（或液晶顯示）。該高頻開關(guān)電 源很好的解決了可調(diào)
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一、簡介 大功率高頻開關(guān)電源采用國際上最先進(jìn)的PWM技術(shù)和穩(wěn)定的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成，具有整機(jī)效率高、工作溫度范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、電磁兼容性好、電網(wǎng)適應(yīng)力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定度高、雜音紋波
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一、簡介 大功率直流開關(guān)電源工作原理：交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;,大功率開關(guān)電源通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開關(guān)管，將那個(gè)直流加到開關(guān)變壓器初級(jí)上;開關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;大功率開關(guān)電源輸出部分通過一定的電路
