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2009 屆電氣工程與自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計·外文翻譯 1 P],C an of in of a of 、 DC in of is In a of of of to be of a 2、 DC C or as a of be is to is C to a to in a in as a to a be In to to it to or 仇有年：寬輸入電壓高頻開關(guān)電源的設(shè)計 2 3、 to is be of of is a of is on or we To to of a in a of be a or In to of To be to a to In to in a it C to a "of or To be in be to to of of → → In to of a of of of so to To of in to of by 009 屆電氣工程與自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計·外文翻譯 3 of up of a to in 4、 or as of is so if is no be in is is to As a of of in a in of of it to in of to is by of of in to in be to of be to to to In to in in of so of In by be as as to be to 5、 s is C as if so is or to it is to In C a 有年：寬輸入電壓高頻開關(guān)電源的設(shè)計 4 , so z = of be a is In V of it is a of on a of of If at to be to of C is is in or to to is to of of is ~ 10μs. is is of In is a of to a in 1, V2 z by 6、 to C or C in in to up to to no ZD D V as or 2009 屆電氣工程與自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計·外文翻譯 5 in or C of to in of is no in on to so or 7、 of of to of is a in be up to of on so in a of be in of to 5 ℃ , 0 ℃ . to on in an It be as of T to of RT or it be to of of or so ED If to It be as a as by to to 8、 仇有年：寬輸入電壓高頻開關(guān)電源的設(shè)計 6 in of a of a of to Of a is to 1) in in C on of by C to to of be to At of a C is 2) by s of is to of be on to in to of a to 3) to in of to of to do in a it an of be be as to In DC to to to is it is of or 4) of in be of to of is in to of of is at 2009 屆電氣工程與自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計·外文翻譯 7 In to be a of of to we be of a of to of 譯自 ： 熊福生 ， 直流 開關(guān)電源保護(hù)技術(shù) ，廣州： 電源世界期刊 [P]， 流開關(guān)穩(wěn)壓電源的保護(hù)技術(shù) 摘 要 ： 討論了直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的保護(hù)系統(tǒng) ,提出保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計的原則和整機(jī)保護(hù)的措施，分析了開關(guān)穩(wěn)壓電源中的各種保護(hù)的特點及其設(shè)計方法 ,介紹了幾種實用保護(hù)電路。 關(guān)鍵字 ： 開關(guān)電源 保護(hù)電路 系統(tǒng)設(shè)計 1、引言 直流開關(guān)穩(wěn)壓器中所使用的大功率開關(guān)器件價格較貴 ,其控制電路亦比較復(fù)雜 ,另外 ,開關(guān)穩(wěn)壓器的負(fù)載一般都是用大量的集成化程度很高的器件安裝的電子系統(tǒng)。晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差。因而開關(guān)穩(wěn)壓器的保護(hù)應(yīng)該兼顧穩(wěn)壓器本身和負(fù)載的安全。保護(hù)電路的種類很多 ,這里介紹極性保護(hù)、程序保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)以及過熱保護(hù)等電路。通常選用幾種保護(hù)方式加以組合 ,構(gòu)成完善的保護(hù)系統(tǒng)。 2、極性保護(hù) 直流開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入一般都是未穩(wěn)壓直流電源。由于操作失誤或者意外情況會將其極性接錯 ,將損壞開關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護(hù)的目的 ,就是使開關(guān)穩(wěn)壓器僅當(dāng)以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時才能工作。 利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫崿F(xiàn)電源的極性保護(hù)。最簡單的極性保護(hù)電路如圖 1 所示。由于二極管 D 要流過開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流 ,因此這種電路應(yīng)用在小功率的開關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功率的場合 ,則把極性保護(hù)電路作為程序保護(hù)中的一個環(huán)節(jié) ,可以省去極性保護(hù)所需的大功率二極管 ,功耗也將減小。為了操作方便 ,便于識別極性正確與否 ,在 二極管之后接指示燈。 3、程序保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜 ,基本上可以分為小功率的控制部分和大功率的開關(guān)部分。開關(guān)晶體管則屬大功率，為保護(hù)開關(guān)晶體管在開啟或關(guān)斷電源時的安全 ,必須仇有年：寬輸入電壓高頻開關(guān)電源的設(shè)計 8 先讓調(diào)制器、放大器 等小功率的控制電路工作。為此 ,要保證正確的開機(jī)程序。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(jī)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(jī)時應(yīng)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(jī)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。這種電路稱之謂開關(guān)穩(wěn)壓器的 “ 軟啟動 ” 電路。 開關(guān)穩(wěn)壓器的控制電路中的邏輯組件或者運(yùn)算放大器需用輔助電源供電。為此 ,輔助電源必須先于 開關(guān)電路工作。這可用開機(jī)程序控制電路來保證。一般的開機(jī)程序是 :輸 入電源的極性鑒別 ,電壓保護(hù) → 開機(jī)程 序電路工作 → 輔助電源工作并通過限流電阻 充電 → 開關(guān)穩(wěn)壓器的調(diào)制電路工作，短路限流電阻→ 開關(guān)穩(wěn)壓器 穩(wěn)定工作。 在開關(guān)穩(wěn)壓器中 ,剛開機(jī)時 ,因為其輸出電容容量大 ,充到額定輸出電壓值需要一定時間。在這段時間內(nèi) ,取樣放大器輸入低的輸出電壓 采樣 ,根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)特性將迫使開關(guān)三極管的導(dǎo)通時間加長 ,這樣一來 ,開關(guān)三極管就會在這段期間內(nèi)趨于連續(xù)導(dǎo)通 ,而容易損壞。為此 ,要求在開機(jī)這一段時間內(nèi) ,開關(guān)調(diào)制電路輸出給開關(guān)三極管基極的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，能保證開關(guān)三極管由截止逐漸趨于正常的開關(guān)狀態(tài)，故而要加設(shè)開機(jī)保護(hù)以配合軟啟動。 4、過電流保護(hù) 當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過載或者控制電路失效等意外情況時 ,會引起流過穩(wěn)壓器中開關(guān)三極管的電流過大，使管子功耗增大 ,發(fā)熱 ,若沒有過流保護(hù)裝置 ,大功率開關(guān)三極管就有可能損壞。故而在開關(guān)穩(wěn)壓器中過電流保護(hù)是常用的。最經(jīng)濟(jì)簡便 的方法是用保險絲。由于晶體管的熱容量小 ,普通保險絲一般不能起到保護(hù)作用 ,常用的是快速熔斷保險絲。這種方法具有保護(hù)容易的優(yōu)點，但是 ,需要根據(jù)具體開關(guān)三極管的安全工作區(qū)要求來選擇保險絲的規(guī)格。這種過流保護(hù)措施的缺點是帶來經(jīng)常更換保險絲的不便。 在線性穩(wěn)壓器中常用的限流保護(hù)和電流截止保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓器中均能應(yīng)用。但是 ,根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器的特點 ,這種保護(hù)電路的輸出不能直接控制開關(guān)三極管 ,而必須使過電流保護(hù)的輸出轉(zhuǎn)換為脈沖指令 ,去控制調(diào)制器以保護(hù)開關(guān)三極管。為了實現(xiàn)過電流保護(hù)一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中 ,這會影響電源的 效率 ,因此多用于小功率開關(guān)穩(wěn)壓器的場合。而在大功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源中 ,考慮到功耗，應(yīng)盡量避免取樣電阻的接入。因此 ,通常將過電流保護(hù)轉(zhuǎn)換為過、欠電壓保護(hù)。 2009 屆電氣工程與自動化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計·外文翻譯 9 5、過電壓保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)和輸出過電壓保護(hù)。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 ,使開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作 ,甚至損壞內(nèi)部器件 ,因此 ,有必要使用輸入過電壓保護(hù)電路。 在該電路中，當(dāng)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 電器動作，常閉接點斷開，切 斷輸入。其中穩(wěn) 壓管的穩(wěn)壓值 入 電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過電壓保護(hù)結(jié)合在一起 ,構(gòu)成極性 保護(hù)鑒別與過電壓保護(hù)電路。 輸出過電壓保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)重要的。特別對輸出為 5V 的開關(guān)穩(wěn)壓器來說 ,它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時 ,開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)三極管突然損壞 ,輸出電位就可能立即升高到輸入未穩(wěn)壓直流電源的電壓值 ,瞬時造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護(hù)。當(dāng)輸出電壓過高時 ,穩(wěn)壓管被擊穿 ,觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通 ,把輸出端短路 ,造成過電流 ,通過保險絲或電路保護(hù)器將輸入 切斷 ,保護(hù)了負(fù)載。這種電路的響應(yīng)時間相當(dāng)于晶閘管的開通時間，約為 5～ 10μs 。它的缺點是動作電壓是固定的，溫度系數(shù)大，動作點不穩(wěn)定。另外，穩(wěn)壓管存在著參數(shù)的離散性，型號相同但過電壓起動值卻各不相同，給調(diào)試帶來了困難。 6、欠電壓保護(hù) 輸出電壓低于規(guī)定值時，反映了輸入直流電源、開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部或者輸出負(fù)載發(fā)生了異常。輸入直流電源電壓下降到規(guī)定值之下時，會導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓跌落，輸入電流增大，既危及開關(guān)三極管，也危及輸入電源。因此，要設(shè)欠電壓保護(hù)。簡單的欠電壓保護(hù)如圖 6所示。 當(dāng)未穩(wěn)壓輸入的電壓值正常時 ，穩(wěn)壓管 穿，晶體管 V 導(dǎo)通，繼電器動作，觸點吸合，開關(guān)穩(wěn)壓器加電。當(dāng)輸入低于所允許的最低電壓值時，穩(wěn)壓管 通， V 截止，觸點跳開，開關(guān)穩(wěn)壓器不能工作。開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部，由于控制電路失?；蛘唛_關(guān)三極管失效會使輸出電壓下降；負(fù)載發(fā)生短路也會使輸出電壓下降。特別在升壓型或反相升壓型的直流開關(guān)穩(wěn)壓器中欠電壓的保護(hù)是跟過電流保護(hù)緊密相關(guān)的，因而更加重要。實現(xiàn)方法是在開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出端接電壓比較器。 正常時，比較器沒有輸出，一旦電壓跌落在允許值之下比較器就翻轉(zhuǎn)，驅(qū)動告警電路 ;同時反饋到開關(guān)穩(wěn)壓器的控制電路，使開關(guān)三 極管截止或切斷輸入電源。 7、過熱保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內(nèi)的功率密度大大提高，電源裝置內(nèi)部的元器件對其工作環(huán)境溫度的要求也相應(yīng)提高。否則，會使電路性能變仇有年：寬輸入電壓高頻開關(guān)電源的設(shè)計 10 壞，元器件過早失效。因此在大功率開關(guān)穩(wěn)壓器中應(yīng)該設(shè)過熱保護(hù)。 采用溫度繼電器來檢測電源裝置內(nèi)部的溫度，當(dāng)電源裝置內(nèi)部產(chǎn)生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機(jī)告警電路處于告警狀態(tài)，實現(xiàn)對電源的過熱保護(hù)。亦可將溫度繼電器置于開關(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(diào)節(jié)溫度整定值為 60℃ 。當(dāng)管殼溫度超過允許值后繼電器 就切斷電器，對開關(guān)管進(jìn)行保護(hù)。半導(dǎo)體熱敏開關(guān)器件 “ 熱晶閘管 ” 在超溫保護(hù)方面有重要作用。它可以用作溫度指示電路。根據(jù) p 型控制柵熱晶閘管 (特性，由 確定該器件的導(dǎo)通溫度， 大，導(dǎo)通溫度越低。 當(dāng)將其放置功率開關(guān)三極管附近，或在電源裝置內(nèi)時，它就能起到溫度指示作用。當(dāng)功率管的管殼溫度或者裝置內(nèi)部的溫度超過允許值時，熱晶閘管就導(dǎo)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(jī)告警電路動作，保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器。它亦可以用作功率晶體管的過熱保護(hù)，晶體開關(guān)管的基極電流被 n 控制柵型熱晶閘管關(guān)管截止，切斷集電極電流 ,防止過熱。 8、結(jié)語 以上分別討論了在開關(guān)穩(wěn)壓器中的各種保護(hù)方式 ,并介紹了一些具體實現(xiàn)的方法。對一個給定的開關(guān)穩(wěn)壓電源來說，還應(yīng)從整機(jī)保護(hù)方面考慮以下幾點： （ 1） 把開關(guān)穩(wěn)壓器中所應(yīng)用的開關(guān)三極管限制在直流安全工作區(qū)域之內(nèi)工作。對于選定的開關(guān)三極管 ,由晶體管手冊可查得其直流安全工作區(qū)。根據(jù)集電極電流的最大值來確定輸入過電流的保護(hù)值。但是 ,這個瞬時最大值應(yīng)轉(zhuǎn)換為電流的平均值。在額定輸出電流與輸出電壓的條件下 ,開關(guān)管的動態(tài)負(fù)載線不超過直流安全工作區(qū)的最大輸入電壓 ,就是輸入 過電壓保護(hù)的電壓值。 （ 2） 把開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出限制在所給定的技術(shù)指標(biāo)之內(nèi)。在所要求的工作溫度范圍內(nèi) ,開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓的上、下限就是輸出過、欠電壓保護(hù)的電壓值。過電流保護(hù)則可根據(jù)最大輸出電流來確定。為了不誤告警 ,保護(hù)值應(yīng)適當(dāng)留一定的余量。 （ 3） 由以上兩點確定保護(hù)方式之后 ,再根據(jù)電源裝置的需要來確定告警措施。一般告警措施有聲警和光警兩種。聲警適用于整機(jī)比較復(fù)雜、電源部分又裝在不顯眼的地方 ,它可以給工作人員以有效的故障告警 ;光警可以醒