開(kāi)關(guān)電源工程師必知的幾種保護電路

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設備都離不開(kāi)可靠的電源，因此直流開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，并相繼進(jìn)入各種電子、電器設備領(lǐng)域。但是由于開(kāi)關(guān)電源中控制電路比較復雜，晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差，在使用過(guò)程中給用戶(hù)帶來(lái)很大不便。為了保護開(kāi)關(guān)電源自身和負載的安全，根據了直流開(kāi)關(guān)電源的原理和特點(diǎn)，設計了過(guò)熱保護、過(guò)電流保護、過(guò)電壓保護以及軟啟動(dòng)保護電路。

　　文中主要討論了直流開(kāi)關(guān)電源內部器件的各種保護方式，并介紹了一些具體電路.對一個(gè)給定的直流開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，保護電路是否完善并按預定設置工作，對電源裝置的安全性和可靠性至關(guān)重要。因為開(kāi)關(guān)電源的保護方案和電路結構具有多樣性，所以對具體電源裝置而言，應選擇合理的保護方案和電路結構。在實(shí)際應用中，通常選用幾種保護方式加以組合的方式構成完善的保護系統，確保直流開(kāi)關(guān)電源的正常工作。

　　1 開(kāi)關(guān)電源的原理及特點(diǎn)

　　1.1 工作原理

　　直流開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源的核心，它對非穩定直流進(jìn)行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。它主要由開(kāi)關(guān)三極管和高頻變壓器組成.圖1畫(huà)出了直流開(kāi)關(guān)電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器，開(kāi)關(guān)管 V ，激勵信號，續流二極管 Vp ，儲能電感和濾波電容 C 組成.實(shí)際上，直流開(kāi)關(guān)電源的核心部分是一個(gè)直流變壓器。

　　1.2 特點(diǎn)

　　為了適應用戶(hù)的需求，國內外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是通過(guò)改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體( Mn-Zn )材料上加大科技創(chuàng )新，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能，同時(shí)SMT 技術(shù)的應用使得開(kāi)關(guān)電源取得了長(cháng)足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄.因此直流開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

　　直流開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是存在較為嚴重的開(kāi)關(guān)干擾，適應惡劣環(huán)境和突發(fā)故障的能力較弱.由于國內微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進(jìn)國家還有一定的差距，因此直流開(kāi)關(guān)電源的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價(jià)成本較高。　　2 直流開(kāi)關(guān)電源的保護

　　基于直流開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)和實(shí)際的電氣狀況，為使直流開(kāi)關(guān)電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文根據不同的情況設計了多種保護電路。

　　2.1 過(guò)電流保護電路

　　在直流開(kāi)關(guān)電源電路中，為了保護調整管在電路短路、電流增大時(shí)不被燒毀.其基本方法是，當輸出電流超過(guò)某一值時(shí)，調整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動(dòng)切斷電路電流.如圖 2 所示，過(guò)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(shí)，通過(guò) R4 與 R5 的分壓作用，使得 BG2 的基極電位比發(fā)射極電位低，發(fā)射結承受反向電壓。于是 BG2 處于截止狀態(tài)(相當于開(kāi)路)，對穩壓電路沒(méi)有影響。當電路短路時(shí)，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當于接地，則 BG2 處于飽和導通狀態(tài)(相當于短路)，從而使調整管 BG1 基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止狀態(tài)，切斷電路電流，從而達到保護目的。

　　2.2 過(guò)電壓保護電路

　　直流開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)穩壓器的過(guò)電壓保護包括輸入過(guò)電壓保護和輸出過(guò)電壓保護。如果開(kāi)關(guān)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(guò)高，將導致開(kāi)關(guān)穩壓器不能正常工作，甚至損壞內部器件，因此開(kāi)關(guān)電源中有必要使用輸入過(guò)電壓保護電路.圖 3 為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(shí)，穩壓管擊穿，有電流流過(guò)電阻 R ，使晶體管T導通，繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，切斷輸入。輸入電源的極性保護電路可以跟輸入過(guò)電壓保護結合在一起，構成極性保護鑒別與過(guò)電壓保護電路.。

　　2.3 軟啟動(dòng)保護電路

　　開(kāi)關(guān)穩壓電源的電路比較復雜，開(kāi)關(guān)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(kāi)機瞬間，濾波電容器會(huì )