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      直流電源的四種常見電路保護方法

      更新時間  2020-8-5 來源: 閱讀 391

        我們知道,直流電源所使用的大功率開關元器件都是比較昂貴的,其控制電路也是比較復雜的,除此之外,開關穩壓器的負載一般都是用大量的集成化程度很高的器件安裝的電子系統,晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差,因而開關穩壓器的保護應該兼顧穩壓器本身和負載的安全。下面小編為大家介紹幾種常見的保護電路種類,包括了極性保護、過電流保護、過熱保護以及程序保護。
        1、極性保護:直流開關穩壓電源的輸入一般都是未穩壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會將其極性接錯,將損壞開關穩壓電源。極性保護的目的,就是使開關穩壓器僅當以正確的極性接上未穩壓直流電源時才能工作。利用單向導通的器件可以實現電源的極性保護。最簡單的極性保護電路如圖1所示。由于二極管D要流過開關穩壓器的輸入總電流,因此這種電路應用在小功率的開關穩壓器上比較合適。在較大功率的場合,則把極性保護電路作為程序保護中的一個環節,可以省去極性保護所需的大功率二極管,功耗也將減小。
        2、過電流保護:當出現負載短路、過載或者控制電路失效等意外情況時,會引起流過穩壓器中開關三極管的電流過大,使管子功耗增大,發熱,若沒有過流保護裝置,大功率開關三極管就有可能損壞。故而在開關穩壓器中過電流保護是常用的。最經濟簡便的方法是用保險絲。由于晶體管的熱容量小,普通保險絲一般不能起到保護作用,常用的是快速熔斷保險絲。這種方法具有保護容易的優點,但是,需要根據具體開關三極管的安全工作區要求來選擇保險絲的規格。這種過流保護措施的缺點是帶來經常更換保險絲的不便。
        在線性穩壓器中常用的限流保護和電流截止保護在開關穩壓器中均能應用。但是,根據開關穩壓器的特點,這種保護電路的輸出不能直接控制開關三極管,而必須使過電流保護的輸出轉換為脈沖指令,去控制調制器以保護開關三極管。為了實現過電流保護一般均需要用取樣電阻串聯在電路中,這會影響電源的效率,因此多用于小功率開關穩壓器的場合。而在大功率的開關穩壓電源中,考慮到功耗,應盡量避免取樣電阻的接入。因此,通常將過電流保護轉換為過、欠電壓保護。
        3、過熱保護:開關穩壓器的高集成化和輕量小體積,使其單位體積內的功率密度大大提高,電源裝置內部的元器件對其工作環境溫度的要求也相應提高。否則,會使電路性能變壞,元器件過早失效。因此在大功率開關穩壓器中應該設過熱保護。
        采用溫度繼電器來檢測電源裝置內部的溫度,當電源裝置內部產生過熱時,溫度繼電器就動作,使整機告警電路處于告警狀態,實現對電源的過熱保護。亦可將溫度繼電器置于開關三極管的附近,一般大功率管允許的最高管殼溫度是75℃,調節溫度整定值為60℃。當管殼溫度超過允許值后繼電器就切斷電器,對開關管進行保護。半導體熱敏開關器件“熱晶閘管”在超溫保護方面有重要作用。它可以用作溫度指示電路。根據p型控制柵熱晶閘管(TT102)的特性,由RT值確定該器件的導通溫度,RT越大,導通溫度越低。當將其放置功率開關三極管附近,或在電源裝置內時,它就能起到溫度指示作用。當功率管的管殼溫度或者裝置內部的溫度超過允許值時,熱晶閘管就導通,使發光二極管發亮告警。倘若配合光電耦合器,就可使整機告警電路動作,保護開關穩壓器。它亦可以象圖8(b)那樣用作功率晶體管的過熱保護,晶體開關管的基極電流被n控制柵型熱晶閘管TT201旁路,開關管截止,切斷集電極電流,防止過熱。
        4、程序保護:開關穩壓電源的電路比較復雜,基本上可以分為小功率的控制部分和大功率的開關部分。開關晶體管則屬大功率,為保護開關晶體管在開啟或關斷電源時的安全,必須先讓調制器、放大器等小功率的控制電路工作。為此,要保證正確的開機程序。開關穩壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機瞬間,濾波電容器會流過很大的浪涌電流,這個浪涌電流可以為正常輸入電流的數倍。這樣大的浪涌電流會使普通電源開關的觸點或繼電器的觸點熔化,并使輸入保險絲熔斷。另外,浪涌電流也會損害電容器,使之壽命縮短,過早損壞。為此,開機時應該接入一個限流電阻,通過這個限流電阻來對電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過多的功率,以致影響開關穩壓器的正常工作,而在開機暫態過程結束后,用一個繼電器自動短接它,使直流電源直接對開關穩壓器供電,如圖2所示。這種電路稱之謂開關穩壓器的“軟啟動”電路。
        開關穩壓器的控制電路中的邏輯組件或者運算放大器需用輔助電源供電。為此,輔助電源必須先于 開關電路工作。這可用開機程序控制電路來保證。一般的開機程序是:輸 入電源的極性鑒別,電壓保護→開機程 序電路工作→輔助電源工作并通過限流電阻 R對開關穩壓器的輸入電容器C充電→ 開關穩壓器的調制電路工作,短路限流電阻→開關穩壓器 穩定工作。
        在開關穩壓器中,剛開機時,因為其輸出電容容量大,充到額定輸出電壓值需要一定時間。在這段時間內,取樣放大器輸入低的輸出電壓采樣,根據系統閉環調節特性將迫使開關三極管的導通時間加長,這樣一來,開關三極管就會在這段期間內趨于連續導通,而容易損壞。為此,要求在開機這一段時間內,開關調制電路輸出給開關三極管基極的脈寬調制驅動信號,能保證開關三極管由截止逐漸趨于正常的開關狀態,故而要加設開機保護以配合軟啟動。

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