高頻開(kāi)關(guān)直流電源的保護技術(shù)

圖4 簡(jiǎn)單的輸出過(guò)電壓保護

圖5 輸出過(guò)電壓保護

輸出電壓Esc突然升高，晶體管V1、V2導通，晶閘管就導通。本電路的動(dòng)作電壓可變，并且動(dòng)作點(diǎn)相當穩定。當穩壓管為7V時(shí)，其溫度系數和晶體管V1的發(fā)射結(BE)電壓的溫度系數可以抵消，能使溫度系數降得很低。但是對于輸出為(5～5.5)V的直流開(kāi)關(guān)穩壓器來(lái)說(shuō)，其常用的動(dòng)作電壓是(5.5～6)V。那么穩壓管電壓必在3.5V以下，此電壓附近的穩壓管溫度變化系數是(-20～-30)mV/℃。因此，溫度變化大的場(chǎng)合保護電路還會(huì )發(fā)生誤動(dòng)作。采用集成電路電壓比較器來(lái)檢測開(kāi)關(guān)穩壓器的輸出電壓，是目前較為常用的方法。利用比較器輸出狀態(tài)的改變跟相應的邏輯電路配合，構成過(guò)電壓保護電路，這種電路既靈敏又穩定。

6 欠電壓保護

輸出電壓低于規定值時(shí)，反映了輸入直流電源、開(kāi)關(guān)穩壓器內部或者輸出負載發(fā)生異常。輸入直流電源電壓下降到規定值之下時(shí)，會(huì )導致開(kāi)關(guān)穩壓器的輸出電壓跌落，輸入電流增大，既危及開(kāi)關(guān)三極管，也危及輸入電源。因此，要設欠電壓保護。簡(jiǎn)單的欠電壓保護如圖6所示。

當未穩壓輸入的電壓值正常時(shí)，穩壓管ZD擊穿，晶體管V導通，繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)吸合，開(kāi)關(guān)穩壓器加電。當輸入低于所允許的最低電壓值時(shí)，穩壓管ZD不通，V截止，觸點(diǎn)跳開(kāi)，開(kāi)關(guān)穩壓器不能工作。開(kāi)關(guān)穩壓器內部由于控制電路失?；蛘唛_(kāi)關(guān)三極管失效，會(huì )使輸出電壓下降，負載發(fā)生短路也會(huì )使輸出電壓下降。特別在升壓型或反相升壓型的直流開(kāi)關(guān)穩壓器中，欠電壓的保護是跟過(guò)電流保護緊密相關(guān)的，因而更加重要。實(shí)現方法是在開(kāi)關(guān)穩壓器的輸出端接電壓比較器，如圖7所示。

圖6 輸入欠電壓保護

圖7 欠壓保護方框圖

正常時(shí)，比較器沒(méi)有輸出，一旦電壓跌落在允許值之下比較器就翻轉，驅動(dòng)告警電路。同時(shí)，反饋到開(kāi)關(guān)穩壓器的控制電路，使開(kāi)關(guān)三極管截止或切斷輸入電源。

7 過(guò)熱保護

開(kāi)關(guān)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(huán)境溫度的要求也相應提高。否則，會(huì )使電路性能變壞，元器件過(guò)早失效。因此，在大功率開(kāi)關(guān)穩壓器中應該設過(guò)熱保護。

采用溫度繼電器檢測電源裝置內部的溫度，當電源裝置內部產(chǎn)生過(guò)熱時(shí)，溫度繼電器動(dòng)作，使整機告警電路處于告警狀態(tài)，實(shí)現對電源的過(guò)熱保護。亦可將溫度繼電器置于開(kāi)關(guān)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(guò)允許值后繼電器就切斷電路，對開(kāi)關(guān)管進(jìn)行保護。半導體熱敏開(kāi)關(guān)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型控制柵熱晶閘管的特性，由Rt〔見(jiàn)圖8(a)〕值確定該器件的導通溫度，Rt越大，導通溫度越低。當將其放置在功率開(kāi)關(guān)三極管附近或在電源裝置內時(shí)，它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(guò)允許值時(shí)，熱晶閘管導通，使發(fā)光二極管發(fā)亮告警。倘若配合光電耦合器，就可使整機告警電路動(dòng)作，保護開(kāi)關(guān)穩壓器。它亦可以像圖8(b)那樣用作功率晶體管的過(guò)熱保護，晶體開(kāi)關(guān)管的基極電流被N型控制柵熱晶閘管TT201旁路，開(kāi)關(guān)管截止，切斷集電極電流，防止過(guò)熱。

(a) (b)

圖8 過(guò)熱保護： (a) 采用P型熱晶閘管 ;(b) 采用N型熱晶閘管

8 結束語(yǔ)

對一個(gè)給定的開(kāi)關(guān)穩壓電源來(lái)說(shuō)，還應從整機保護方面考慮以下幾點(diǎn)要求。

(1) 把開(kāi)關(guān)穩壓器中所應用的開(kāi)關(guān)三極管限制在直流安全工作區域之內工作。

(2) 把開(kāi)關(guān)穩壓器的輸出限制在所給定的技術(shù)指標之內。

(3) 由以上兩點(diǎn)確定了保護方式之后，再根據電源裝置的需要來(lái)確定告警措施，一般告警措施有聲警和光警兩種。

(4) 電源中加設了保護電路之后會(huì )影響系統的可靠性，為此，要求保護電路本身的可靠性要高，以提高整個(gè)電源系統的可靠性，進(jìn)而提高電源本身的MTBF。

(5) 必須全面系統地考慮開(kāi)關(guān)電源各種保護措施，確保開(kāi)關(guān)電源的正常工作和高效率與高可靠性。

參考文獻

[1] 李?lèi)?ài)文，現代逆變技術(shù)及應用[M]，北京:科學(xué)出版社，2000

[2] 何希才，新型開(kāi)關(guān)電源設計與應用[M]，北京:科學(xué)出版社，2001

作者簡(jiǎn)介

劉峰(1974—)男，工程師，東北電力大學(xué)畢業(yè)，研究方向為變電站直流電源系統的集成?！?p>更多好文：21ic電源