開(kāi)關(guān)電源安全保護電路剖析

如圖7 所示為恒流過(guò)流保護電路. 電路中R1和R2 對VR 進(jìn)行分壓, 電阻R2 上分得的電壓VR2= VR[ R2/ ( R1+ R2) ] 負載電流I0, 測電阻RS 上的電壓VS= I0RS, 電壓VS 和VR2 進(jìn)行比較, 如果VS>VR2,A 輸出控制信號, 使脈沖信號頻率變化, 使輸出電壓下降, 輸出電流I0 減小。

圖8 是常見(jiàn)的光電耦合器驅動(dòng)過(guò)流保護電路,其工作原理: 當輸出電流過(guò)大時(shí), RS 兩端電壓上升,IC2② 腳電壓高于③腳基準電壓, IC2 輸出高電壓,V1 導通, 光電耦合器IC1 發(fā)生光電效應, 使振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化, 從而控制開(kāi)關(guān)管的脈沖信號的寬度( 或頻率) 發(fā)生變化, 使得輸出電壓降低, 達到輸出過(guò)載限流的目的。

2. 3 存在不足

檢測電阻RS 總是串在電路中, 若檢測電阻RS值取得較小, 電路保護反應速度不快, 精度也不太高, 若檢測電阻RS 值取得太大, 功耗就會(huì )明顯增加, 檢測電阻RS 存在著(zhù)無(wú)功損耗而降低開(kāi)關(guān)電源的效率. 為減小檢測電阻RS 的無(wú)功損耗, 將采取檢測信號放大等電路, 提高保護電路的反應速度、精度。

3 過(guò)壓保護電路剖析

開(kāi)關(guān)電源電路過(guò)壓分為電源外因過(guò)壓和內因過(guò)壓, 它們都會(huì )使電子設備工作異?；驘龤щ娮釉O備的器件. 電源外因過(guò)壓主要有錯接入380 V 的電壓;內因過(guò)壓主要來(lái)自開(kāi)關(guān)電源本身電路異?；蛟骷p壞( 失去穩壓控制) 使輸出電壓過(guò)高. 最常見(jiàn)的過(guò)壓保護電路有斷路法和開(kāi)關(guān)管截止法。

3. 1 斷路法過(guò)壓保護

外因過(guò)壓主要來(lái)自工頻電網(wǎng)電壓過(guò)高, 如因錯接入380 V 的電壓, 如圖9 是一個(gè)用繼電器J 關(guān)斷電路起保護的電路. 當交流電源正常時(shí), 通過(guò)穩壓管VS 的電流很小, IRR VbeQ, 因而三極管V 截止, 繼電器J 處于常閉( 導通) 狀態(tài). 因某種原因交流電源高于正常狀態(tài)值時(shí), 通過(guò)穩壓管VS 的電流很大,IRR> VbeQ, 導致三極管V( 飽和) 導通, 繼電器J 動(dòng)作, 切斷輸入電路, 從而達到保護開(kāi)關(guān)電源電路及負載電路. 當交流電源恢復正常時(shí), 三極管V 截止, 繼電器J 處于常閉( 導通) 狀態(tài). 優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)恢復供電, 缺點(diǎn)是穩定性差, 繼電器J 的體積較大。

3. 2 開(kāi)關(guān)管截止法過(guò)壓保護

開(kāi)關(guān)電源本身電路異?；蛟骷p壞( 失去穩壓控制) 使輸出電壓過(guò)高. 如圖10 所示是用可控硅驅動(dòng)的過(guò)壓保護電路. 在正常的電壓輸出情況下,T803 第3 繞組中上端正、下端負的電壓經(jīng)R1、R2 分壓后不能使VD 擊穿導通, 可控硅V2 也截止, 保護電路不動(dòng)作. 因某原因開(kāi)關(guān)管V1 失去穩壓控制, 輸出電壓異常升高, 高頻變壓器T 第3 繞組電壓經(jīng)R1、R2 分壓后將超過(guò)VD 的擊穿電壓值, 使VD 擊穿并引起可控硅V2 觸發(fā)導通. 可控硅V2 觸發(fā)后, 使電容C 上端接地, 并使開(kāi)關(guān)管V1 迅速截止. 高頻變壓器T 第3 繞組電壓經(jīng)整流后, 能使穩壓電路輸出減弱振蕩控制信號, 進(jìn)一步使開(kāi)關(guān)管V1 加速截止.保護電路動(dòng)作后, 由于整流濾波后的直流電壓經(jīng)R3給可控硅V2 的A 極供電, 所以V2 將一直導通下去, 直到故障排除后再次開(kāi)機,V2 才截止。

如圖11 所示是用光電耦合器驅動(dòng)的過(guò)壓保護電路. 其中, 光電耦合器IC1 在開(kāi)關(guān)電源中起兩個(gè)作用. 一是實(shí)現固態(tài)繼電器; 另一個(gè)作用是對輸入與輸出進(jìn)行了隔離。

當輸出電壓超過(guò)正常值時(shí), 在誤差比較放大器IC2 的驅動(dòng)下, 使光電耦合器IC1 內部發(fā)光二極管發(fā)光, 進(jìn)而使IC1 光電耦合器的內部光敏三極管飽和導通, 于是開(kāi)關(guān)管V 脈沖電流被光敏三極管短路,所以開(kāi)關(guān)管V 迅速截止. 保護電路動(dòng)作后, 由于副電源直流電壓可控硅的A 極供電, 所以可控硅將一直導通下去, 光敏三極管也一直飽和導通, 直到再次開(kāi)機。

3. 3 存在不足

由于開(kāi)關(guān)管截止, 沒(méi)有輸出電壓. 但當輸入接錯線(xiàn)而引入380 V 的電壓時(shí), 其濾波電容、開(kāi)關(guān)管等元件所加的電壓仍然為380 V, 若這些元件的耐壓不夠而損壞。

4 實(shí)際電路分析

如圖12 為一個(gè)實(shí)際開(kāi)關(guān)電源電路. 220 V 的交流電經(jīng)整流濾波后得到約300 V 的直流電壓, 再經(jīng)T3 的5、1 端繞組加到V3( 大功率開(kāi)關(guān)管) 集電極.L22、L23 可延續脈沖電流對V3 電極的沖擊, C23、C24 可吸收V3 集電極尖峰脈沖, 以防止V3 擊穿損壞.T3 的9、7 端繞組為正反饋繞組, 其反饋電勢經(jīng)R26、C19 耦合到V3 基極, 從而使V3 產(chǎn)生自激振蕩,振蕩頻率為30- 60 kHz. VD39 為正反饋耦合電容C19 提供放電回路, 同時(shí)又將V3 在截止期的b- e極反向電壓限制在0. 7 V, 以防止V3 的b- e 擊穿。

V20 為恒流驅動(dòng)管, T3 的8、7 端繞組電勢經(jīng)VD20 整流和C21 電容濾波后建立約8 V 左右的直流電壓, 該電壓經(jīng)R22 給V20 集電極供電. 在開(kāi)關(guān)管V3 飽和期間, T3 的9 端的電勢經(jīng)R23 使V20 導通, 因此V20 是為V3 提供恒流驅動(dòng)電流, 其大小由R22 阻值決定, 恒流驅動(dòng)使開(kāi)關(guān)電源交流輸入電壓范圍擴大至90- 270 V。

V21 有兩個(gè)作用, 第一是過(guò)壓保護, 當C21 兩端的電壓由正常值8 V 上升到10 V 時(shí). VD44 擊穿導通, 并引起V21 導通,V3 基極激勵電流被V21 的ce極所短路, 使開(kāi)關(guān)管V3 處于截止狀態(tài)而被保護.第二個(gè)作用是對V3 導通進(jìn)行延時(shí)控制. 在V3 截止期間,T3 的8 端正電勢、7 端的負電勢經(jīng)VD43 給C33 充電, 當V3 由截止狀態(tài)向飽和狀態(tài)翻轉時(shí), C33所充電壓將維持V21 再導通一段時(shí)間, 在此期間內,V21 對V3 基極的激勵電流進(jìn)行分流, 也就是將V3 的導通延時(shí)了一段時(shí)間, 此時(shí)V3 集電極電壓已下降至低點(diǎn), 以減小V3 由截止向飽和狀態(tài)翻轉瞬間產(chǎn)生的功率損耗。

V38 是欠壓保護控制管, 首先是T3 的7 端為正電勢、9 端為負電勢并經(jīng)VD24 整流在C26 上建立約- 10 V 直流電壓, 此- 10 V 電壓經(jīng)R69、R67 加到V38 的基極. 另外, 300V 電壓經(jīng)R68 也加到V38 基極. 當輸入交流電壓低于110 V 時(shí), 也就是說(shuō)整流、濾波后得到的直流電壓從300 V 降低至150V 以下,此時(shí)V38 基極電位也降低, 于是V38 導通, 然后引起V24、V22 導通,V3 基極激勵電流被V22 旁路, 使開(kāi)關(guān)管V3 處于截止狀態(tài)而起保護。

V25 是過(guò)流保護控制管, R39 是開(kāi)關(guān)管V3 的過(guò)流檢測電阻, R39 上的過(guò)流壓降經(jīng)R33 加到V25 基極, 使V25 導通后引起V22 導通, 因而開(kāi)關(guān)管V3 由于過(guò)流而被處于截止狀態(tài)。