開關(guān)電源常用的幾種保護(hù)電路
評(píng)估開關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、牢靠性為榜首原則。在電氣技能指標(biāo)滿意正常運(yùn)用請(qǐng)求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)毛病狀況下安全牢靠地作業(yè)，有必要規(guī)劃多種維護(hù)電路，比方防浪涌的軟啟動(dòng)，防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、缺持平維護(hù)電路。開關(guān)電源常用的幾種維護(hù)電路如下：
1、防浪涌軟啟動(dòng)電路
開關(guān)電源的輸入電路大都選用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘剎那間，因?yàn)殡娙萜魃系某跏茧妷簽榱�，電容器充電剎那間會(huì)構(gòu)成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，選用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通剎那間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì)致使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。上述景象均會(huì)構(gòu)成開關(guān)電源無法正常作業(yè)，為此簡(jiǎn)直一切的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路，以確保電源正常而牢靠運(yùn)轉(zhuǎn)。
選用晶閘管V和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。在電源接通剎那間，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，約束浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80％額外電壓時(shí)，逆變器正常作業(yè)。經(jīng)主變壓器輔佐繞組發(fā)作晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1，開關(guān)電源處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。
選用繼電器K1和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。電源接通剎那間，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，防止接通剎那間的浪涌電流，一起輔佐電源Vcc經(jīng)電阻R2對(duì)并接于繼電器K1線包的電容器C2充電，當(dāng)C2上的電壓到達(dá)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)轉(zhuǎn)狀況。限流的推遲時(shí)刻取決于時(shí)刻常（R2C2），一般挑選為0.3～0.5s。為了進(jìn)步推遲時(shí)刻的準(zhǔn)確性及防止繼電器動(dòng)作顫動(dòng)振動(dòng)，推遲電路可選用圖3所示電路代替RC推遲電路。
2、過壓、欠壓及過熱維護(hù)電路
進(jìn)線電源過壓及欠壓對(duì)開關(guān)電源構(gòu)成的損害，首要表如今器材因接受的電壓及電流應(yīng)力超出正常運(yùn)用的規(guī)模而損壞，一起因電氣功能指標(biāo)被損壞而不能滿意請(qǐng)求。因而對(duì)輸入電源的上限和下限要有所約束，為此選用過壓、欠壓維護(hù)以進(jìn)步電源的牢靠性和安全性。
溫度是影響電源設(shè)備牢靠性的最重要因素。依據(jù)有關(guān)材料剖析標(biāo)明，電子元器材溫度每增加2℃，牢靠性下降10％，溫升50℃時(shí)的作業(yè)壽數(shù)只需溫升25℃時(shí)的1/6，為了防止功率器材過熱構(gòu)成損壞，在開關(guān)電源中亦需要設(shè)置過熱維護(hù)電路。
僅用一個(gè)4對(duì)比器LM339及幾個(gè)分立元器材構(gòu)成的過壓、欠壓、過熱維護(hù)電路。取樣電壓能夠直接從輔佐操控電源整流濾波后取得，它反映輸入電源電壓的改變，對(duì)比器共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓，N1.1為欠壓對(duì)比器，N1.2為過壓對(duì)比器，調(diào)整R1能夠調(diào)理過、欠壓的動(dòng)作閾值。N1.3為過熱對(duì)比器，RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，它與R7構(gòu)成分壓器，緊貼于功率開關(guān)器材IGBT的表面，溫度增加時(shí)，RT阻值下降，恰當(dāng)挑選R7的阻值，使N1.3在設(shè)定的溫度閾值動(dòng)作。N1.4用于外部毛病應(yīng)急關(guān)機(jī)，當(dāng)其正向端輸入低電平時(shí)，對(duì)比器輸出低電平封閉PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因?yàn)?個(gè)對(duì)比器的輸出端是并聯(lián)的，無論是過壓、欠壓、過熱任何一種毛病發(fā)作，對(duì)比器輸出低電平，封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電源停止作業(yè)，完結(jié)維護(hù)。如將電路稍加改變，亦可使對(duì)比器輸出高電平封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3、缺相維護(hù)電路
因?yàn)殡娋W(wǎng)本身原因或電源輸入接線不牢靠，開關(guān)電源有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)缺相運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況，且掉相運(yùn)轉(zhuǎn)不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處于缺相運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整流橋某一臂無電流，而其它臂會(huì)嚴(yán)峻過流構(gòu)成損壞，一起使逆變器作業(yè)呈現(xiàn)異常，因而有必要對(duì)缺相進(jìn)行維護(hù)。檢查電網(wǎng)缺相一般選用電流互感器或電子缺相檢查電路。因?yàn)殡娏骰ジ衅鳈z查本錢高、體積大，故開關(guān)電源中一般選用電子缺相維護(hù)電路。圖5是一個(gè)簡(jiǎn)略的電子缺相維護(hù)電路。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)電位舉高，光耦輸出高電平，經(jīng)對(duì)比器進(jìn)行對(duì)比，輸出低電平，封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。對(duì)比器的基準(zhǔn)可調(diào)，以便調(diào)理缺相動(dòng)作閾值。該缺相維護(hù)適用于三相四線制，而不適用于三相三線制。電路稍加改變，亦可用高電平封閉PWM信號(hào)。
一種用于三相三線制電源缺相維護(hù)電路，A、B、C缺任何一相，光耦器輸出電平低于對(duì)比器的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓，對(duì)比器輸出低電平，封閉PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，封閉電源。對(duì)比器輸入極性稍加改變，亦可用高電平封閉PWM信號(hào)。這種缺相維護(hù)電路選用光耦阻隔強(qiáng)電，安全牢靠，RP1、RP2用于調(diào)理缺相維護(hù)動(dòng)作閾值。
4、短路維護(hù)
開關(guān)電源同其它電子設(shè)備相同，短路是最嚴(yán)峻的毛病，短路維護(hù)是不是牢靠，是影響開關(guān)電源牢靠性的重要因素。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）兼有場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓下降的特色，是現(xiàn)在中、大功率開關(guān)電源最普遍運(yùn)用的電力電子開關(guān)器材。IGBT能夠接受的短路時(shí)刻取決于它的飽和壓降和短路電流的巨細(xì)，一般僅為幾μs至幾十μs。短路電流過大不只使短路接受時(shí)刻縮短，并且使關(guān)斷時(shí)電流下降率di/dt過大，因?yàn)槁└屑耙�電感的存在，致使IGBT集電極過電壓，該過電壓可在器材內(nèi)部發(fā)作擎住效應(yīng)使IGBT確定失效，一起高的過電壓會(huì)使IGBT擊穿。因而，當(dāng)呈現(xiàn)短路過流時(shí)，有必要采納有用的維護(hù)措施。為了完結(jié)IGBT的短路維護(hù)，則有必要進(jìn)行過流檢查。適用IGBT過流檢查的辦法，一般是選用霍爾電流傳感器直接檢查IGBT的電流Ic，然后與設(shè)定的閾值對(duì)比，用對(duì)比器的輸出去操控驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)斷；或許選用直接電壓法，檢查過流時(shí)IGBT的電壓降Vce，因?yàn)楣軌航蹈缓搪冯娏餍畔�，過流時(shí)Vce增大，且基本上為線性關(guān)系，檢查過流時(shí)的Vce并與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比器的輸出操控驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷。在短路電流呈現(xiàn)時(shí)，為了防止關(guān)斷電流的di/dt過大構(gòu)成過電壓，致使IGBT確定無效和損壞，以及為了下降電磁攪擾，一般選用軟降柵壓和軟關(guān)斷歸納維護(hù)技能。在檢查到過流信號(hào)后首先是進(jìn)入降柵維護(hù)程序，以下降毛病電流的幅值，延伸IGBT的短路接受時(shí)刻。在降柵動(dòng)作后，設(shè)定一個(gè)固定推遲時(shí)刻用以判別毛病電流的真實(shí)性，如在推遲時(shí)刻內(nèi)毛病不見則柵壓主動(dòng)康復(fù)，如毛病依然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序，使柵壓降至0V以下，關(guān)斷IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因?yàn)樵诮禆艍撼绦蚱陂g集電極電流已減小，故軟關(guān)斷時(shí)不會(huì)呈現(xiàn)過大的短路電流下降率和過高的過電壓。選用軟降柵壓及軟關(guān)斷柵極驅(qū)動(dòng)維護(hù)，使毛病電流的幅值和下降率都能受到約束，過電壓下降，IGBT的電流、電壓運(yùn)轉(zhuǎn)軌道能確保在安全區(qū)內(nèi)。
在規(guī)劃降柵壓維護(hù)電路時(shí)，要準(zhǔn)確挑選降柵壓起伏和速度，假如降柵壓起伏大（比方7.5V），降柵壓速度不要太快，一般可選用2μs下降時(shí)刻的軟降柵壓，因?yàn)榻禆艍浩鸱�，集電極電流已經(jīng)較小，在毛病狀況封閉柵極可快些，不用選用軟關(guān)斷；假如降柵壓起伏較�。ū确�5V以下），降柵速度可快些，而封閉柵壓的速度有必要慢，即選用軟關(guān)斷，以防止過電壓發(fā)作。為了使電源在短路毛病狀況不中止作業(yè)，又能防止在原作業(yè)頻率下接連進(jìn)行短路維護(hù)發(fā)作熱堆集而構(gòu)成IGBT損壞，選用降柵壓維護(hù)即可不用在一次短路維護(hù)當(dāng)即封閉電路，而使作業(yè)頻率下降（比方1Hz擺布），構(gòu)成間歇“打嗝”的維護(hù)辦法，毛病消除后即康復(fù)正常作業(yè)。
下面介紹幾種IGBT短路維護(hù)的有用電路及作業(yè)原理。
運(yùn)用IGBT過流時(shí)Vce增大的原理進(jìn)行維護(hù)的電路，用于專用驅(qū)動(dòng)器EXB841。EXB841內(nèi)部電路能極好地完結(jié)降柵及軟關(guān)斷，并具有內(nèi)部推遲功用，以消除攪擾發(fā)作的誤動(dòng)作。富含IGBT過流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極電壓監(jiān)督腳6，而是經(jīng)迅速康復(fù)二極管VD1，經(jīng)過對(duì)比器IC1輸出接至EXB841的腳6，其目的是為了消除VD1正向壓降隨電流不一樣而異，選用閾值對(duì)比器，進(jìn)步電流檢查的準(zhǔn)確性。假如發(fā)作過流，驅(qū)動(dòng)器EXB841的低速堵截電路慢速關(guān)斷IGBT，以防止集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器材。
運(yùn)用電流傳感器進(jìn)行過流檢查的IGBT維護(hù)電路，電流傳感器（SC）初級(jí)（1匝）串接在IGBT的集電極電路中，次級(jí)感應(yīng)的過流信號(hào)經(jīng)整流后送至對(duì)比器IC1的同相輸入端，與反相端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，IC1的輸出送至具有正反饋的對(duì)比器IC2，其輸出接至PWM操控器UC3525的輸出操控腳10。不過流時(shí)，VA
(a) 電路原理圖
(b) PWM操控電路的輸出驅(qū)動(dòng)波形圖
當(dāng)呈現(xiàn)過流時(shí)，電流傳感器檢查的整流電壓增加，VA>Vref，VB為高電平，C3充電使VC>Vref，IC2輸出高電平（大于1.4V），封閉PWM操控電路。因無驅(qū)動(dòng)信號(hào)，IGBT封閉，而電源停止作業(yè)，電流傳感器無電流流過，使VA>t1，可確保電源進(jìn)入睡眠狀況。正反饋電阻R7確保IC2只需高、低電平兩種狀況，D5，R1，C3充放電電路，確保IC2輸出不致在高、低電平之間頻頻改變，即IGBT不致頻頻注冊(cè)、關(guān)斷而損壞。
運(yùn)用電流傳感器進(jìn)行過流檢查的IGBT維護(hù)電路圖9是運(yùn)用IGBT（V1）過流集電極電壓檢查和電流傳感器檢查的歸納維護(hù)電路，電路作業(yè)原理是：負(fù)載短路（或IGBT因其它毛病過流）時(shí)，V1的Vce增大，V3門極驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)R2，R3分壓器使V3導(dǎo)通，IGBT柵極電壓由VD3所約束而降壓，約束IGBT峰值電流起伏，一起經(jīng)R5C3推遲使V2導(dǎo)通，送去軟關(guān)斷信號(hào)。另一方面，在短路時(shí)經(jīng)電流傳感器檢查短路電流，經(jīng)對(duì)比器IC1輸出的高電平使V3導(dǎo)通進(jìn)行降柵壓，V2導(dǎo)通進(jìn)行軟關(guān)斷。
運(yùn)用檢查IGBT集電極電壓的過流維護(hù)原理，選用軟降柵壓、軟關(guān)斷及下降作業(yè)頻率維護(hù)技能的短路維護(hù)電路。
正常作業(yè)狀況，驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，光耦I(lǐng)C4不導(dǎo)通，V1，V3導(dǎo)通，輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，光耦I(lǐng)C4導(dǎo)通，V1截止而V2導(dǎo)通，輸出正驅(qū)動(dòng)電壓，功率開關(guān)管V4作業(yè)在正常開關(guān)狀況。發(fā)作短路毛病時(shí)，IGBT集電極電壓增大，因?yàn)閂ce增大，對(duì)比器IC1輸出高電平，V5導(dǎo)通，IGBT完結(jié)軟降柵壓，降柵壓起伏由穩(wěn)壓管VD2決議，軟降柵壓時(shí)刻由R6C1構(gòu)成2μs。一起IC1輸出的高電平經(jīng)R7對(duì)C2進(jìn)行充電，當(dāng)C2上電壓到達(dá)穩(wěn)壓管VD4的擊穿電壓時(shí)，V6導(dǎo)通并由R9C3構(gòu)成約3μs的軟關(guān)斷柵壓，軟降柵壓至軟關(guān)斷柵壓的推遲時(shí)刻由時(shí)刻常數(shù)R7C2決議，一般挑選在5～15μs。V5導(dǎo)通時(shí)，V7經(jīng)C4R10電路流過基極電流而導(dǎo)通約20μs，在降柵壓維護(hù)后將輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)閉鎖一段時(shí)刻，不再響應(yīng)輸入端的關(guān)斷信號(hào)，以防止在毛病狀況下構(gòu)成硬關(guān)斷過電壓，使驅(qū)動(dòng)電路在毛病存在的狀況下能履行一個(gè)完好的降柵壓和軟關(guān)斷維護(hù)過程。
V7導(dǎo)通時(shí)，光耦I(lǐng)C5導(dǎo)通，時(shí)基電路IC2的觸發(fā)腳2取得負(fù)觸發(fā)信號(hào)，555輸出腳3輸出高電平，V9導(dǎo)通，IC3被封閉，封閉時(shí)刻由守時(shí)元件R15C5決議（約1.2s），使作業(yè)頻率降至1Hz以下，驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)將作業(yè)在所謂的“打嗝”狀況，防止了發(fā)作短路毛病后仍作業(yè)在本來的頻率下，接連進(jìn)行短路維護(hù)致使熱堆集而構(gòu)成IGBT損壞。只需毛病不見，電路又能康復(fù)到正常作業(yè)狀況。
開關(guān)電源維護(hù)功用雖屬電源設(shè)備電氣功能請(qǐng)求的附加功用，但在惡劣環(huán)境及意外事故條件下，維護(hù)電路是不是完善并按預(yù)訂設(shè)置作業(yè)，對(duì)電源設(shè)備的安全性和牢靠性至關(guān)重要。檢驗(yàn)技能指標(biāo)時(shí)，應(yīng)對(duì)維護(hù)功用進(jìn)行驗(yàn)證。
開關(guān)電源的維護(hù)計(jì)劃和電路構(gòu)造具有多樣性，但對(duì)詳細(xì)電源設(shè)備而言，應(yīng)挑選合理的維護(hù)計(jì)劃和電路構(gòu)造，以使得在毛病條件下真實(shí)有用地完結(jié)維護(hù)。文中所述的維護(hù)電路能夠靈敏組合運(yùn)用，以簡(jiǎn)化電路構(gòu)造和下降本錢。
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