開關(guān)電源保護電路該如何設計?
我們會根據(jù)直流開關(guān)電源的特點和實際的電氣狀況,為使直流開關(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,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(guān)電源電路中,為了保護調(diào)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(diào)整管處于反向偏置狀態(tài),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(fā)射極電位低,發(fā)射結(jié)承受反向電壓。于是 BG2 處于截止狀態(tài)(相當于開路),對穩(wěn)壓電路沒有影響。當電路短路時,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(diào)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。
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(guān)電源中開關(guān)穩(wěn)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(guān)穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)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(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作,甚至損壞內(nèi)部器件,因此開關(guān)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(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時,穩(wěn)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(jié)合在一起,構(gòu)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(fā)生電流電壓問題時,會進入鎖死狀態(tài),從而徹底關(guān)斷開關(guān)管的工作狀態(tài),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(wěn)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(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復雜,開關(guān)穩(wěn)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(shù)倍。這樣大的浪涌電流會使普通電源開關(guān)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(guān)穩(wěn)壓器的正常工作,而在開機暫態(tài)過程結(jié)束后,用一個繼電器自動短接它,使直流電源直接對開關(guān)穩(wěn)壓器供電,這種電路稱之謂直流開關(guān)電源的“軟啟動”電路。
在電源接通瞬間,輸入電壓經(jīng)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(jīng)主變壓器輔助繞組產(chǎn)生晶閘管的觸發(fā)信號,使晶閘管導通并短路限流電阻 R1,開關(guān)電源處于正常運行狀態(tài)。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。