開關(guān)電源保護(hù)電路

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1、開關(guān)電源保護(hù)電路程偉，李定宣(合肥三宇電器技術(shù)研究所，安徽?合肥?230088）摘要：為使開關(guān)電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障狀況下安全可靠，提出了幾種實(shí)用的保護(hù)電路，並對(duì)電路的工作原理進(jìn)行了詳盡分析。關(guān)鍵字：開關(guān)電源；保護(hù)電路；可靠性　　1???引言???評(píng)價(jià)開關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路，比如防浪湧的軟啟動(dòng)，防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、缺相等保護(hù)電路。2???開關(guān)電源常用的幾種

2、保護(hù)電路2.1???防浪湧軟啟動(dòng)電路???開關(guān)電源的輸入電路大都採(cǎi)用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由於電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪湧電流，特別是大功率開關(guān)電源，採(cǎi)用容量較大的濾波電容器，使浪湧電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪湧電流，重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會(huì)使空氣開關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會(huì)造成開關(guān)電源無(wú)法正常工作，為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流湧電流的軟啟動(dòng)電路，以保證電源正常而可靠運(yùn)行。???圖1是採(cǎi)用晶閘

3、管V和限流電阻R1組成的防浪湧電流電路。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，限制浪湧電流。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)通並短路限流電阻R1，開關(guān)電源處?kù)墩＿\(yùn)行狀態(tài)。圖1???採(cǎi)用晶閘管和限流電阻組成的軟啟動(dòng)電路???圖2是採(cǎi)用繼電器K1和限流電阻R1構(gòu)成的防浪湧電流電路。電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（D1～D4）和限流電阻R1對(duì)濾波電容器C1充電，防止接通瞬間的浪湧電流，同時(shí)輔助電源Vcc經(jīng)電

4、阻R2對(duì)並接於繼電器K1線包的電容器C2充電，當(dāng)C2上的電壓達(dá)到繼電器K1的動(dòng)作電壓時(shí)，K1動(dòng)作，其觸點(diǎn)K1.1閉合而旁路限流電阻R1，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。限流的延遲時(shí)間取決於時(shí)間常數(shù)（R2C2），通常選取為0.3～0.5s。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)振盪，延遲電路可採(cǎi)用圖3所示電路替代RC延遲電路。圖2???採(cǎi)用繼電器K1和限流電阻構(gòu)成的軟啟動(dòng)電路圖3???替代RC的延遲電路2.2???過壓、欠壓及過熱保護(hù)電路???進(jìn)線電源過壓及欠壓對(duì)開關(guān)電源造成的危害，主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電

5、流應(yīng)力超出正常使用的範(fàn)圍而損壞，同時(shí)因電氣性能指標(biāo)被破壞而不能滿足要求。因此對(duì)輸入電源的上限和下限要有所限制，為此採(cǎi)用過壓、欠壓保護(hù)以提高電源的可靠性和安全性。???溫度是影響電源設(shè)備可靠性的最重要因素。根據(jù)有關(guān)資料分析表明，電子元器件溫度每升高2℃，可靠性下降10％，溫升50℃時(shí)的工作壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6，為了避免功率器件過熱造成損壞，在開關(guān)電源中亦需要設(shè)置過熱保護(hù)電路。???圖4是僅用一個(gè)4比較器LM339及幾個(gè)分立元器件構(gòu)成的過壓、欠壓、過熱保護(hù)電路。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波後取

6、得，它反映輸入電源電壓的變化，比較器共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓，N1.1為欠壓比較器，N1.2為過壓比較器，調(diào)整R1可以調(diào)節(jié)過、欠壓的動(dòng)作閾值。N1.3為過熱比較器，RT為負(fù)溫度係數(shù)的熱敏電阻，它與R7構(gòu)成分壓器，緊貼於功率開關(guān)器件IGBT的表面，溫度升高時(shí)，RT阻值下降，適當(dāng)選取R7的阻值，使N1.3在設(shè)定的溫度閾值動(dòng)作。N1.4用於外部故障應(yīng)急關(guān)機(jī)，當(dāng)其正向端輸入低電平時(shí)，比較器輸出低電平封鎖PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由於4個(gè)比較器的輸出端是並聯(lián)的，無(wú)論是過壓、欠壓、過熱任何一種故障發(fā)生，比較器輸出低電平，封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電

7、源停止工作，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如將電路稍加變動(dòng)，亦可使比較器輸出高電平封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖4???過壓、欠壓、過熱保護(hù)電路2.3???缺相保護(hù)電路???由於電網(wǎng)自身原因或電源輸入接線不可靠，開關(guān)電源有時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺相運(yùn)行的情況，且掉相運(yùn)行不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處?kù)度毕噙\(yùn)行時(shí)，整流橋某一臂無(wú)電流，而其他臂會(huì)嚴(yán)重過流造成損壞，同時(shí)使逆變器工作出現(xiàn)異常，因此必須對(duì)缺相進(jìn)行保護(hù)。檢測(cè)電網(wǎng)缺相通常採(cǎi)用電流互感器或電子缺相檢測(cè)電路。由於電流互感器檢測(cè)成本高、體積大，故開關(guān)電源中一般採(cǎi)用電子缺相保護(hù)電路。圖5是一個(gè)簡(jiǎn)單的電子缺相保護(hù)電路

8、。三相平衡時(shí)，R1～R3結(jié)點(diǎn)H電位很低，光耦合輸出近似為零電平。當(dāng)缺相時(shí)，H點(diǎn)電位抬高，光耦輸出高電平，經(jīng)比較器進(jìn)行比較，輸出低電平，封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。比較器的基準(zhǔn)可調(diào)，以便調(diào)節(jié)缺相動(dòng)作閾值。該缺相保護(hù)適用於三相四線制，而不適用於三相三線制。電路稍加變動(dòng)，亦可用高電平封鎖PWM信號(hào)。圖5???三相四線制的缺相保護(hù)電路???圖6是一種用於三相三線制電源缺相保護(hù)電路，A、B、C缺任何一相，光耦器輸出電平低於比較器的反相輸