開關(guān)電源保護(hù)電路實(shí)例
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1.防浪涌軟啟動(dòng)電路
開關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路,在進(jìn)線電源合閘瞬間,由于電容器上的初始電壓為零,電容器充電瞬間會(huì)形成很大的浪涌電流,特別是大功率開關(guān)電源,采用容量較大的濾波電容器,使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流,重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞,整流橋過(guò)流損壞;輕者也會(huì)使空氣開關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會(huì)造成開關(guān)電源無(wú)法正常工作,為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路,以保證電源正常而可靠運(yùn)行。
圖1 采用晶閘管V和限流電阻R1組成的防浪涌電流電路
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(duì)電容器C充電,限制浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額定電壓時(shí),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(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)行狀態(tài)。
2、過(guò)壓、欠壓及過(guò)熱保護(hù)電路
進(jìn)線電源過(guò)壓及欠壓對(duì)開關(guān)電源造成的危害,主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流應(yīng)力超出正常使用的范圍而損壞,同時(shí)因電氣性能指標(biāo)被破壞而不能滿足要求。因此對(duì)輸入電源的上限和下限要有所限制,為此采用過(guò)壓、欠壓保護(hù)以提高電源的可靠性和安全性。溫度是影響電源設(shè)備可靠性的最重要因素。根據(jù)有關(guān)資料分析表明,電子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10%,溫升50℃時(shí)的工作壽命只有溫升25℃時(shí)的1/6,為了避免功率器件過(guò)熱造成損壞,在開關(guān)電源中亦需要設(shè)置過(guò)熱保護(hù)電路。
圖2過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱保護(hù)電路
圖2是僅用一個(gè)4比較器LM339及幾個(gè)分立元器件構(gòu)成的過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱保護(hù)電路。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波后取得,它反映輸入電源電壓的變化,比較器共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓,N1.1為欠壓比較器,N1.2為過(guò)壓比較器,調(diào)整R1可以調(diào)節(jié)過(guò)、欠壓的動(dòng)作閾值。N1.3為過(guò)熱比較器,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)器件IGBT的表面,溫度升高時(shí),RT阻值下降,適當(dāng)選取R7的阻值,使N1.3在設(shè)定的溫度閾值動(dòng)作。N1.4用于外部故障應(yīng)急關(guān)機(jī),當(dāng)其正向端輸入低電平時(shí),比較器輸出低電平封鎖PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于4個(gè)比較器的輸出端是并聯(lián)的,無(wú)論是過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱任何一種故障發(fā)生,比較器輸出低電平,封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電源停止工作,實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如將電路稍加變動(dòng),亦可使比較器輸出高電平封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
3、缺相保護(hù)電路
由于電網(wǎng)自身原因或電源輸入接線不可靠,開關(guān)電源有時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺相運(yùn)行的情況,且掉相運(yùn)行不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處于缺相運(yùn)行時(shí),整流橋某一臂無(wú)電流,而其它臂會(huì)嚴(yán)重過(guò)流造成損壞,同時(shí)使逆變器工作出現(xiàn)異常,因此必須對(duì)缺相進(jìn)行保護(hù)。檢測(cè)電網(wǎng)缺相通常采用電流互感器或電子缺相檢測(cè)電路。由于電流互感器檢測(cè)成本高、體積大,故開關(guān)電源中一般采用電子缺相保護(hù)電路。圖3是一個(gè)簡(jiǎn)單的電子缺相保護(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)電位抬高,光耦輸出高電平,經(jīng)比較器進(jìn)行比較,輸出低電平,封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。比較器的基準(zhǔn)可調(diào),以便調(diào)節(jié)缺相動(dòng)作閾值。該缺相保護(hù)適用于三相四線制,而不適用于三相三線制。電路稍加變動(dòng),亦可用高電平封鎖PWM信號(hào)。
圖3 三相四線制的缺相保護(hù)電路
圖4是一種用于三相三線制電源缺相保護(hù)電路,A、B、C缺任何一相,光耦器輸出電平低于比較器的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓,比較器輸出低電平,封鎖PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),關(guān)閉電源。比較器輸入極性稍加變動(dòng),亦可用高電平封鎖PWM信號(hào)。這種缺相保護(hù)電路采用光耦隔離強(qiáng)電,安全可靠,RP1、RP2用于調(diào)節(jié)缺相保護(hù)動(dòng)作閾值。
圖4 三相三線制的缺相保護(hù)電路