直流開關電源的保護電路介紹

設計電源后，為了保護開關電源自身和負載的安全,根據直流開關電源的原理和特點，應該設計一些保護措施，例如我們常用的過熱保護、過電流保護、過電壓保護以及軟啟動保護電路。

一般的直流開關電源由輸入部分、功率轉換部分、輸出部分、控制部分組成。    

功率轉換部分是開關電源的核心，它對非穩定直流進行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。

之前有說過開關電源的最簡單的組成是由全波整流器，開關管，激勵信號，續流二極管，儲能電感和濾波電容 C 組成。

但是為了適應用戶的需求，各大開關電源制造商都致力于同步開發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，通過 SMT 技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。因此直流開關電源的發展趨勢是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

直流開關電源最直觀的缺點是存在較為嚴重的開關干擾，適應惡劣環境和突發故障的能力較弱。由于國內微電子技術、阻容器件生產技術以及磁性材料技術與一些技術先進國家還有一定的差距,因此直流開關電源的制作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高,

基于直流開關電源的特點和實際的電氣狀況,為使直流開關電源在惡劣環境及突發故障情況下安全可靠地工作，所以一般都要設計多種保護電路來確保電源的安全和延長使用壽命。

在直流開關電源電路中，為了保護調整管在電路短路、電流增大時不被燒毀。其基本方法是,當輸出電流超過某一值時，調整管處于反向偏置狀態，從而截止，自動切斷電路電流。

如下圖所示,過電流保護電路由三極管 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 的基極電位比發射極電位低,發射結承受反向電壓。于是 BG2 處于截止狀態(相當于開路),對穩壓電路沒有影響。當電路短路時,輸出電壓為零,BG2 的發射極相當于接地,則 BG2 處于飽和導通狀態(相當于短路),從而使調整管 BG1 基極和發射極近于短路,而處于截止狀態,切斷電路電流,從而達到保護目的。

除了保障電源因短路電流過大外，我們還要防止不同國家使用的輸入電壓不同導致電壓過大電源損壞的情況，所以我們一般還要設計過壓保護線路。

在直流開關電源中開關穩壓器的過電壓保護包括輸入過電壓保護和輸出過電壓保護。如果開關穩壓器所使用的未穩壓直流電源(諸如蓄電池和整流器)的電壓如果過高,將導致開關穩壓器不能正常工作,甚至損壞內部器件,因此開關電源中有必要使用輸入過電壓保護電路。

下圖為我們之前說過的利用晶體管和繼電器所組成的保護電路,在該電路中,當輸入直流電源的電壓高于穩壓二極管的擊穿電壓值時,穩壓管擊穿,有電流流過電阻 R,使晶體管 T 導通,繼電器動作,常閉接點斷開,切斷輸入。輸入電源的極性保護電路可以跟輸入過電壓保護結合在一起,構成極性保護鑒別與過電壓保護電路。

過流和過壓保護線路都是采用硬件保護機制，當電源發生電流電壓問題時，會進入鎖死狀態，從而徹底關斷開關管的工作狀態，從而起到安全保護作用，這些保護一般使用在輸出的部分，所以我們還要對輸入端進行保護，才能保證電源的穩定性，而輸出我們有高壓保護，過熱保護，軟啟動保護三種基本保護機制。

開關穩壓電源的電路比較復雜,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,這種電路稱之謂直流開關電源的“軟啟動”電路。

在電源接通瞬間,輸入電壓經整流橋(D1~D4)和限流電阻 R1 對電容器 C 充電,限制浪涌電流。當電容器 C 充電到約 80%額定電壓時,逆變器正常工作。經主變壓器輔助繞組產生晶閘管的觸發信號,使晶閘管導通并短路限流電阻 R1,開關電源處于正常運行狀態。為了提高延遲時間的準確性及防止繼電器動作抖動振蕩,延遲電路可采用圖中所示利用 NE555 延遲電路替代 RC 延遲電路。

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