一个高可靠性的短路保护电路设计及其应用

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直流开关稳压电源设计

直流开关稳压电源设计一、设计背景及意义随着电子技术的飞速发展，各类电子设备对电源的需求日益增长。

直流开关稳压电源以其高效、稳定、体积小、重量轻等优点，在通信、计算机、家用电器等领域得到了广泛应用。

设计一款性能优越、可靠性高的直流开关稳压电源，对于提高电子设备的整体性能具有重要意义。

二、设计目标1. 输出电压范围：12V±1V；2. 输出电流：2A；3. 转换效率：≥85%；4. 工作温度范围：25℃~+85℃；5. 具有过压、过流、短路保护功能；6. 体积小，便于安装。

三、设计方案1. 电路拓扑选择本设计采用开关电源的主流拓扑——反激式变换器。

反激式变换器具有电路简单、体积小、效率高等优点，适用于中小功率电源设计。

2. 主控芯片选型选用ST公司的STM32F103系列微控制器作为主控芯片，该芯片具有高性能、低功耗、丰富的外设资源等特点，能够满足开关电源的设计需求。

3. 功率开关管选型功率开关管是开关电源的核心元件，本设计选用N沟道MOSFET作为功率开关管。

根据设计指标，选用IRF530N型号MOSFET，其导通电阻低，可降低开关损耗，提高转换效率。

4. 输出整流滤波电路设计输出整流滤波电路采用肖特基二极管和LC滤波电路。

肖特基二极管具有正向压降低、开关速度快的特点，适用于开关电源整流。

LC滤波电路能有效抑制输出电压纹波，提高输出电压稳定性。

5. 保护电路设计为实现过压、过流、短路保护功能，设计如下保护电路：（1）过压保护：在输出端设置一个电压比较器，当输出电压超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。

（2）过流保护：在功率开关管源极串联一个取样电阻，实时监测电流值。

当电流超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。

（3）短路保护：在输出端设置一个电流比较器，当输出电流超过设定值时，触发保护动作，切断功率开关管的驱动信号。

四、实验验证与优化1. 搭建实验平台，对设计的直流开关稳压电源进行测试，观察输出电压、电流、效率等参数是否符合设计要求。

IGBT的短路特性及驱动设计

IGBT电流的限制电路一．功率晶体管被应用于电力设备来控制电能的转换，用它来作为一种开关，在特定的时刻进行开和关，IGBT的型号由系统的设计者选择，既要考虑正常的工作条件，又要考虑非正常的工作情况，在非正常工作情况下。

IGBT可能承受非常大的浪涌电流，电流的大小经常只能靠IGBT 的自身增益进行限制，在应用上希望器件效率高、承受短路电流的时间长。

由于器件固有的特点，不能够同时追求高效和长的短路时间，因此器件设计上只能在两者间进行折中考虑。

在应用上，短路是不可避免的，电路设计上应设法提高IGBT的工作效率，提高IGBT承受短路电流的能力。

在发生短路时，关断栅极驱动信号。

IGBT的增益高，短路电流越大，但短路时间就短。

相反IGBT的增益低，短路电流的越小，短路时间就越长。

一般短路时间不应超过10us。

在应用上一般通过检测故障电流，当检测到故障电流后，降低栅极驱动电压，限制短路电流，延长短路时间。

IGBT的短路电流具有下面几种效应1．短路电流热效应：如器件受到短路电流冲击，大电流产生的功率损耗将使温度急剧上升，由于芯片的热时间常数小，温度在芯片上的增加速度非常快，当温度增加到芯片的本征温度250°时，器件将失去阻断能力，因此门极不可能控制器件的通断。

通过降低器件的短路电流，减小了短路电流在芯片上的功耗，因而延长了短路电流时间。

2.锁住效应由于四层结构的IGBT有着类似于晶闸管的特性。

在工艺上。

为了防止晶闸管效应一般通过降低等效晶体管的增益和减小等效NPN晶体管的基极电阻rb。

当IGBT在故障关断情况下，由于MOSFET通道的作用，大部分电流通过rb被分流。

此时rb上的压降将使NPN晶体管的基极-发射极处于正向偏置，使晶体管导通从而引起寄生晶闸管工作，产生锁住效应。

在电路设计上，减小故障电流，使故障电流在rb上的压降减小，从而避免晶闸管的锁住效应。

3．过压效应当产生故障电流时，切断故障电流的电流下降率在电感上产生的电压为Ldi/dt。

万能式断路器的三段式保护原理与工作原理

万能式断路器的三段式保护原理与工作原理万能式断路器的三段式保护原理与工作原理一、引言万能式断路器是一种广泛应用于电气系统中的保护设备，主要用于保护电路和设备免受过流、过压、过热等异常情况的影响。

它具有较高的可靠性和安全性，广泛应用于工业、商业和住宅等领域。

本文将介绍万能式断路器的三段式保护原理与工作原理，帮助读者更好地理解和应用这一重要的电气设备。

二、保护原理万能式断路器采用三段式保护原理，即短路保护、过载保护和过压保护。

下面将详细介绍每一段保护原理及其工作原理。

1. 短路保护短路保护是万能式断路器的第一段保护，在电路发生短路故障时起作用。

当电路发生短路时，电流会急剧增大，超过设定的电流上限。

万能式断路器通过检测电流大小来触发短路保护机构，使断路器迅速切断电路，以防止电流过大造成设备损坏或触电事故。

2. 过载保护过载保护是万能式断路器的第二段保护，在电路发生过载时起作用。

过载是指电路中负载电流超过了设备的额定电流。

万能式断路器通过测量负载电流，并与额定电流进行比较，如果负载电流超过了额定电流的一定比例，断路器将触发过载保护机构，切断电路，以防止设备过载损坏。

3. 过压保护过压保护是万能式断路器的第三段保护，在电路发生过压时起作用。

过压是指电路中电压超过了设备的额定电压。

万能式断路器通过检测电路中的电压，并与额定电压进行比较，如果电压超过了额定电压的一定比例，断路器将触发过压保护机构，切断电路，以防止设备过压损坏。

三、工作原理万能式断路器的工作原理主要基于电磁吸合力和热膨胀原理。

下面将详细介绍万能式断路器的工作过程。

1. 正常工作状态在正常工作状态下，万能式断路器的电磁线圈通电，产生一定的电磁吸合力，将联动部件吸合在一起，使断路器保持闭合状态。

此时，电流从输入端流向负载端，电路正常通电。

2. 异常工作状态当电路发生短路、过载或过压等异常情况时，万能式断路器会通过保护原理进行相应的保护。

2.1 短路保护当电路发生短路时，电流急剧增大，超过设定的电流上限。

电路设计中的可靠性

电路设计中的可靠性电路设计中的可靠性电路设计中的可靠性是指电路在使用寿命内能够稳定、可靠地工作的能力。

随着技术的不断发展和应用范围的扩大，对电路设计的可靠性要求也越来越高。

在电子产品中，例如手机、电脑、汽车等，在电路设计中的可靠性问题直接关系到产品的性能、质量和寿命，因此非常重要。

首先，电路设计中的可靠性涉及到设计阶段和制造阶段两个方面。

在设计阶段，设计工程师需要合理地选择和配置电子元器件，以确保电路可以稳定地工作。

例如，在选择电容器时，需要考虑其耐压和容量等参数，以适应电路的工作环境。

此外，还需要合理地选择和配置电源、保护电路和散热器等，以提高电路的稳定性和可靠性。

在制造阶段，需要注意的是电路的布局和连接方式。

例如，在制作电路板时，需要保证线路的精确连接和电子元器件的正常焊接，避免因接触不良、高温等导致电路出现故障或失效。

其次，电路设计中的可靠性还与材料的选择和质量有关。

电子元器件的材料质量直接影响电路的可靠性。

在电路设计中，需要选择可靠的、高质量的电子元器件。

例如，在选择集成电路时，需要注意其耐高温、耐电磁干扰、抗震动等性能，以适应工作环境的需求。

另外，还需要考虑电子元器件的寿命和可靠度等参数，以确保电路的长期稳定工作。

此外，电路设计中的可靠性还需要考虑一些特殊的因素。

例如，温度对电路的可靠性有着重要影响。

过高或过低的温度都会降低电路的可靠性。

因此，在设计阶段，需要合理地安排散热器和通风孔，以保持电路的正常工作温度。

另外，还需要注意电路对电磁干扰的抵抗能力。

在电磁环境复杂的场合，需要采取一些电磁屏蔽措施，避免电路因电磁干扰而发生故障。

最后，电路设计中的可靠性还需要进行可靠性分析和测试。

可靠性分析可以通过模拟和计算等方法，预测电路的可靠性，找出潜在的问题和风险。

可靠性测试则是通过现场实测的方式，验证电路的可靠性。

在电路设计过程中，需要进行成本与可靠性的平衡。

对于一些高可靠性要求的电子产品，例如航天器、医疗设备等，可以采用冗余设计、备份系统等方法来提高电路的可靠性。

一个高可靠性的短路保护电路设计及其应用

Ｄｅｉｎｎｄａｌｃｔｏｏｉｈｙｒｌｂｌｈｏｔｃｒｕｉｏｅｔｏｉｃｉｓｇａｐｐｉａｉｎｆａｈｇｌｅｉｅｓｒ — ｉｃｔｐｒｔｃｉｎｃｒｕｔａ
ＬＵＯＺｈｉｃｎｇ．ＨＵＡＮＧｉｚｅｎ —ｏＳｈ —ｈ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｂａｅｎａｃｎｔｎｕｒｎｉｉｃｒｕｔａｈｇｌｅｉｂｅｃｒｅｔｉｔｃｒｕｔｆｒｓｏｔｉｕｔｗｓｄｓｎｄａｄｓｄｏｏｓｔｃｒｅｔｌｎｔｉｉｉｈｙｒｌｌｕｎｍｉｉｉｏｈｒｒｉａｅｉｅｎａｒｃ．ａ１ｃｃｃｇ
第ｌ８卷第１０期
Ｖ０．８Ｉ１Ｎｏ１．０
电子设计工程
ＥｌｃｒｎｃＤｅｉｎＥｎｇｎｅｒｎｅｔｏｉｓｇｉｅｉｇ
２１００年ｌ０月
０ｃ．２０ｔ０１
一
个高可靠性的短路保护电路设计及其应用
罗志聪，黄 பைடு நூலகம் 震
ｖｌｄｔｄｔｒｉｇｐｒｎｃｐｌｓｔｔｔｅｒｃｉｅｕｒｅｔｉｉｏｅｃｏｄｉｏａｃｒａｎｓａｅｂａｅｎｃｒｅｔｍｉｏａｉａｅ．Ｉｓｗｏｋｎｉｉｅｉｈａｈｅｔｆｒｃｒｎｓｍｒｒｄａｃｒｎｇｔｅｔｉｃｌｓｄｏｕｒｎｒｒｉｃｒｕｉ，ａｄｔｎｔｒｕｇｈａｌｎｅｉｔｒｉｏａｃｒｅｐｏｄｉｏｔｇｉｎａｌｕｅｓｌｍｉｔｈｏｇｈｅ￣ｅａｋｉｃｔｎｈｅｈｏｈｔｅｓｍｐｉｇｒｓｓｏｎｔｏｒｓｎｎｇｖｌａｅ，ｆｌｙｃｒｎｔｉｉｔｅｄｔｒｕｈｔｄｂｃｃｒｕｉ．ＡＤＳｓｍｕｌｔｏｅｕｔｈｏｔａｖｎｉｈｒｓａｌｒｅｎｉｃｔｉａｉｎｒｓｌｓｓｗｈｔｅｅｆｔｅｅｉａｇｕｍｂｅｆｇｏｄ—ｅｅｏｓｒｏｒｕｎｌｖｌｎｉｅ，ｉｃｎｅｆｃｉｅｙｐｒｔｃｈｅｔａｆｅｔｖｌｏｅｔｔｒｇｕａｏｓａｅｐｔｕｒｆｔｔｔｂｙｅｌｔｒｎｄｋｅｈｅｔｎｏｓａｅｓａｌ．Ｏｎｃｈｈｒ— ｉｃｔｃｎｔｏｓｒｍｏｅｅｔｅｓｏｔｃｒｕｉｏｄｉｉｎｉｅｖｄ，ｔｅｒｇａｏｙｔｍｕｏｔｃｌｙｈｅｕｌｔｒｓｓｅａｔｍａｉａｌｒｔｒｏｔｅｎｏｍａｐｅａｉｇｍｏｅｅｕｎｓｔｈｒｌｏｒｔｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒ：ｌｎａｅｕａｏｓ；ｃｒｅｎｉｉｃｒｕｔｉｈｙｒｉｂｌｄｓｉｅｒｒｇｌｔｒｕｒｔｌｍｔｉｃｉ；ｈｇｌｅｌａｅ；ａｔｍａｉａｌｅｕｒｏｔｅｎｏｍａｅａｉｇｍｏｅｕｏｔｃｌｙｒｔｎｔｈｒｌｏｐｒｔｎｄ

安全控制电路的等级划分

安全控制电路的等级划分安全控制电路是用于控制各种设备和系统的电路，其主要作用是保护设备和系统免受电气故障和人为因素的影响，确保其正常运行和使用的安全性。

为了更好地对安全控制电路进行管理和维护，通常会将其划分为不同的等级。

1. 一级安全控制电路：一级安全控制电路是最高级别的安全控制电路，其主要用于保护最关键的设备和系统，例如核电站、航空器等。

这种类型的电路通常采用最严格的安全控制措施，包括多重冗余系统、失效诊断和紧急故障切断等。

一级安全控制电路的可靠性和安全性要求非常高，并且需要经过严格的测试和认证。

2. 二级安全控制电路：二级安全控制电路主要用于保护一些重要的设备和系统，例如汽车、工业机械等。

这种类型的电路通常采用较为严格的安全控制措施，例如在关键部位设置传感器和急停装置，以及实施防误操作和防爆破等安全策略。

二级安全控制电路的可靠性要求较高，需要经过基本的测试和认证。

3. 三级安全控制电路：三级安全控制电路主要用于保护一些一般设备和系统，例如家用电器、办公设备等。

这种类型的电路通常采用一些基本的安全控制措施，例如短路保护、过流保护和过温保护等。

三级安全控制电路的可靠性要求相对较低，但仍需要满足基本的安全标准和要求。

不同等级的安全控制电路的划分主要根据它们所用于保护的设备和系统的重要性和安全性要求来确定。

对于一级安全控制电路，必须要有高可靠性和高安全性的设计和控制措施，以确保设备和系统的安全运行。

而对于二级和三级安全控制电路，可靠性和安全性要求相对较低，但仍需要考虑一些基本的安全因素。

总之，等级划分是为了更好地管理和维护安全控制电路，不同等级的电路采用不同的安全措施和标准，以适应不同设备和系统的安全性需求。

这种等级划分有助于提高设备和系统的安全性，减少电气故障和人为因素对其的影响。

为了更好地管理和维护安全控制电路，不同等级的安全控制电路采用不同的安全措施和标准。

一级安全控制电路主要用于保护最关键的设备和系统，其可靠性和安全性要求非常高，需要经过严格的测试和认证。

IGBT保护电路设计

关于IGBT保护电路设计必知问题绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Tramistor，IGBT）是MOSFET与GTR的复合器件，因此，它既具有MOSFET的工作速度快、开关频率高、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR的载流量大、阻断电压高等多项优点．是取代GTR的理想开关器件。

IGBT目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，广泛应用于各类固态电源中。

IGBT的工作状态直接影响整机的性能，所以合理的驱动电路对整机显得很重要，但是如果控制不当，它很容易损坏，其中一种就是发生过流而使IGBT损坏，本文主要研究了IGBT 的驱动和短路保护问题，就其工作原理进行分析，设计出具有过流保护功能的驱动电路，并进行了仿真研究。

二IGBT的驱动要求和过流保护分析1 IGBT的驱动IGBT是电压型控制器件，为了能使IGBT安全可靠地开通和关断．其驱动电路必须满足以下的条件：IGBT的栅电容比VMOSFET大得多，所以要提高其开关速度，就要有合适的门极正反向偏置电压和门极串联电阻。

（1）门极电压任何情况下，开通状态的栅极驱动电压都不能超过参数表给出的限定值（一般为20v），最佳门极正向偏置电压为15v土10％。

这个值足够令IGBT饱和导通；使导通损耗减至最小。

虽然门极电压为零就可使IGBT处于截止状态，但是为了减小关断时间，提高IGBT的耐压、dv／dt耐量和抗干扰能力，一般在使IGBT处于阻断状态时．可在门极与源极之间加一个-5~-15v的反向电压。

（2）门极串联电阻心选择合适的门极串联电阻Rg对IGBT的驱动相当重要，Rg对开关损耗的影响见图1。

图1 Rg对开关损耗的影响IGBT的输入阻抗高压达109~1011，静态时不需要直流电流．只需要对输入电容进行充放电的动态电流。

其直流增益可达108~109，几乎不消耗功率。

为了改善控制脉冲的前后沿陡度和防止振荡，减少IGBT集电极大的电压尖脉冲，需在栅极串联电阻Rg，当Rg 增大时，会使IGBT的通断时间延长，能耗增加；而减少RF又会使di／dt增高，可能损坏IGBT。

动力,锂电池短路保护mos 选择

铅酸电池具有安全、便宜、易维护的特点，因此目前仍然广泛的应用于电动自行车。

但是铅酸电池污染大、笨重、循环次数少，随着世界各国对环保要求越来越高，铅酸电池的使用会越来越受到限制。

磷酸铁锂电池作为一种新型的环保电池，开始逐步的应用到电动车中，并且将成为发展趋势。

通常，由于磷酸铁锂电池的特性，在应用中需要对其充放电过程进行保护，以免过充过放或过热，以保证电池安全的工作。

短路保护是放电过程中一种极端恶劣的工作条件，本文将介绍功率MOSFET在这种工作状态的特点，以及如何选取功率MOSFET 型号和设计合适的驱动电路。

电路结构及应用特点电动自行车的磷酸铁锂电池保护板的放电电路的简化模型如图1所示。

Q1为放电管，使用N沟道增强型MOSFET，实际的工作中，根据不同的应用，会使用多个功率MOSFET并联工作，以减小导通电阻，增强散热性能。

RS为电池等效内阻，LP为电池引线电感。

正常工作时，控制信号控制MOSFET打开，电池组的端子P+和P-输出电压，供负载使用。

此时，功率MOSFET一直处于导通状态，功率损耗只有导通损耗，没有开关损耗，功率MOSFET的总的功率损耗并不高，温升小，因此功率MOSFET可以安全工作。

但是，当负载发生短路时，由于回路电阻很小，电池的放电能力很强，所以短路电流从正常工作的几十安培突然增加到几百安培，在这种情况下，功率MOSFET容易损坏。

锂电池短路保护的难点（1）短路电流大在电动车中，磷酸铁锂电池的电压一般为36V或48V，短路电流随电池的容量、内阻、线路的寄生电感、短路时的接触电阻变化而变化，通常为几百甚至上千安培。

（2）短路保护时间不能太短在应用过程中，为防止瞬态的过载使短路保护电路误动作，因此，短路保护电路具有一定的延时。

且由于电流检测电阻的误差、电流检测信号和系统响应的延时，通常，根据不同的应用，将短路保护时间设置在200μS至1000μS，这要求功率MOSFET在高的短路电流下，能够在此时间内安全的工作，这也提高了系统的设计难度锂电池短路保护当短路保护工作时，功率MOSFET一般经过三个工作阶段：完全导通、关断、雪崩，如图2所示，其中VGS为MOSFET驱动电压，VDS为MOSFET漏极电压，ISC为短路电流，图2(b)为图2(a)中关断期间的放大图。

塑壳式低压断路器设计毕业设计任务书

塑壳式低压断路器设计毕业设计任务书1. 任务背景在电力系统中，低压断路器是一种重要的电气设备，用于保护电路免受过载和短路等故障的损害。

塑壳式低压断路器具有结构紧凑、安全可靠的特点，广泛应用于住宅、商业和工业领域。

本毕业设计旨在设计并开发一种新型的塑壳式低压断路器，提升其性能和功能，满足不同领域的需求。

2. 设计目标本毕业设计的主要目标是设计出一种具有高性能和高可靠性的塑壳式低压断路器，具体目标包括：a) 设计额定电流范围在100A-1000A之间的塑壳式低压断路器；b) 实现高断电容量，确保断电稳定可靠；c) 提供过载和短路保护功能，实现故障快速检测和快速断电；d) 设计简洁的外壳结构，方便安装和维护；e) 优化断路器的尺寸和重量，提高整体性能和便携性。

3. 设计方案为实现上述目标，本毕业设计的设计方案包括以下几个步骤：a) 研究市场上已有的塑壳式低压断路器产品，了解其结构和性能特点，为设计提供参考和借鉴。

b) 设计合适的电路拓扑结构，包括过载和短路保护电路。

应选择可靠性高、成本低的元件和材料。

c) 通过计算和仿真工具对电路进行验证和优化，确保其满足设计要求。

d) 设计外壳结构，考虑易于安装和维护的要求，同时保证电气安全和绝缘性能。

e) 制造和组装开发出的塑壳式低压断路器样机，并进行测试和性能评估。

f) 根据测试结果和反馈，对设计进行改进和优化。

4. 任务分工为完成本毕业设计任务，需要合理的任务分工，确保项目按时完成。

分工如下：a) 负责研究市场上已有的塑壳式低压断路器产品，并进行性能分析和比较的同学；b) 负责设计塑壳式低压断路器的电路拓扑结构，并进行仿真验证和优化的同学；c) 负责设计塑壳式低压断路器的外壳结构，并进行制造和组装的同学；d) 负责测试样机，并进行性能评估和改进的同学。

5. 时间计划安排为保证毕业设计的顺利进行，需要合理安排时间计划，并按计划实施。

时间计划如下：a) 第一周：研究市场上已有的塑壳式低压断路器产品，进行性能分析和比较。

FF现场总线的配电与短路保护及其防爆（4篇）

FF现场总线的配电与短路保护及其防爆FF现场总线是一种常用于工业自动化系统中的通信协议，它具有高速、可靠的特点，能够支持实时数据传输和控制功能。

为了保证FF 现场总线的正常运行，必须对其进行适当的配电和短路保护，并在需要的场合进行防爆设计。

1. 配电设计在FF现场总线的配电设计中，需要考虑以下几个方面：1.1 供电电源的选择：FF现场总线通常使用24V直流供电。

在选择供电电源时，应考虑其输出电流、稳定性和可靠性等因素。

同时，供电电源应具备短路和过载保护功能，以防止对FF现场总线设备的损坏。

1.2 供电线路的设计：为了保证FF现场总线的稳定运行，供电线路的设计应尽可能短小，并且要经过充分的规划和布线。

供电线路应选用符合国家标准的电线电缆，并具备足够的截面和导电能力。

1.3 供电点的设置：在FF现场总线系统中，通常需要设置多个供电点，以便供应各个节点的电能。

供电点的设置应符合现场布置的特点和要求，以便安装和维护。

2. 短路保护在FF现场总线系统中，短路是一种常见的故障情况。

为了保护FF现场总线设备免受短路故障的影响，需要采取适当的短路保护措施。

2.1 短路保护器的选择：短路保护器应能够迅速切断短路电流，并可靠地保护FF现场总线设备。

常用的短路保护器包括熔断器、短路保护开关等。

选用短路保护器时需要考虑其额定电流和断开能力等参数。

2.2 短路检测和报警：为了及时发现和排除短路故障，FF现场总线系统应配备短路检测和报警功能。

短路检测可以通过检测总线上的电流和电压来实现，一旦发现异常情况，系统应能够及时发送报警信号。

3. 防爆设计在一些特殊的工业环境中，如石油化工等场所，防爆是一个非常重要的考虑因素。

为了保证FF现场总线系统的安全运行，需要进行防爆设计。

3.1 防爆等级的选择：根据不同的工业环境，需要选择适当的防爆等级。

常见的防爆等级包括Exd（防爆器材）和Exi（防爆电器设备）等。

3.2 防爆设备的选择：在FF现场总线系统中，需要选用符合防爆标准的设备和元件，如防爆接头、防爆箱等。

具有短路保护功能的通用线性电源控制电路设计

具有短路保护功能的通用线性电源控制电路设计摘要：随着技术的发展，各种电子产品已成为必不可少的工具，任何电子设备都需要电源供应，这通常需要稳定可靠的直流电源，只有确保良好的电源供应，电子设备才能发挥作用线性喂养随着时间的推移发生了变化。

技术相当成熟。

直流电源是因为其系统中的调节管始终在联机放大区域中工作。

由于直流电源具有低波动、低噪音、卓越的稳定性和快速响应等优点，因此在所有领域都得到广泛应用。

关键词：短路保护功能；通用线性；电源控制；电路设计引言线性电源是功率器件的在线工作状态，即能通过改变功率器件的电阻值实现稳定输出，同时消耗多个电源。

因此没有开关噪声，有低波动、高稳定性、突变能力等特点，需要测量精度信号，测量保护时间。

但是，线性电源有更多的缺点，例如体积大、能耗高、热可靠性差、断电时输出电压过度压缩到输入电压等。

1线性电源和开关电源比较区别两个电路的关键在于检查电路中晶体管的工作状态。

晶体管在放大的状态下工作并平衡反馈时，这是一个线性电源。

当开关处于活动状态时，晶体管被供电以产生高频信号。

线性电源在线性状态下工作，效率低下。

良好的线性电源供应器通常可提供50%至60%的生产力。

线性电源的工作方式必须要有低压，通常带有变压器，然后通过直流电压。

这会导致大量、笨重、低效和热增量，从而间接增加系统的热量，但也会导致较小的波、更好的调节能力、更少的外部干扰、模拟电路的理想选择、各种放大器等。

当前，线性供电产品应用于科研、高等院校、实验室、采矿、电解、电镀、充电器等领域。

在开/关时，其功率部件处于开/关状态（甚高频开/关、100-200 kHz的典型电源电压、300-500 kHz的模块），从而减少损耗并提高效率，但用高磁性材料对变频器充电，该材料体积小80%-90%，效率更高。

美国最好的VICOR模块预计为99%。

尽管开关效率高，尺寸小，但与线性电源相比，信号质量较低，因为开关线路和后部半调均会引起噪音和阻塞压力。

以LM5035为核心的高效励磁电源的设计

以LM5035为核心的高效励磁电源的设计王旭东;隋馨;闫美存;李鑫【摘要】为了改进传统励磁电源效率低、稳定性差等缺点,以LM5035为核心设计了一款高效励磁电源.给出了基于LM5035的高效励磁电源驱动控制电路、保护电路及反馈电路的设计过程,并用MATLAB软件对电源进行仿真,最后与采用肖特基半桥整流方式的励磁电源进行了对比实验.结果表明:本设计中励磁电源的传输效率明显高于其他传统励磁电源,且电路结构简单,可靠性高,进而证明了该款励磁电源具有较高的实用价值.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2015(020)005【总页数】6页(P8-13)【关键词】励磁电源;电源驱动控制;LM5035;高效率【作者】王旭东;隋馨;闫美存;李鑫【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TM3310 引言同步电动机的励磁电流是同步电动机稳定运行、实现功率因数可调的决定性因素［1］.传统的励磁系统操作复杂、工频变压器能耗较高，并且不能准确地控制励磁电流.近年来随着开关电源中各种性能优异的专用集成电路大量涌现，开关电源的技术指标、性能及质量等有了很大的提高.通过对一些专用集成电路的分析研究发现，他们的核心控制部分与同步发电机励磁控制电路的基本原理非常接近，具有很高的利用价值［2］.在一块芯片上，集成了多种基本的模拟及逻辑电路，从而简化了外围电路的设计，有利于加强和完善励磁电源的功能，提高励磁系统的性能和质量.本文设计的励磁电源所采用的LM5035，就是一款高度集成的芯片，它将一次侧半桥PWM驱动电路，二次侧同步整流驱动电路，保护电路等模块集成到了一起，且驱动频率最高可以达到2MHz.其具有更小的体积，更高的效率和可靠性，更为适用于同步电机励磁系统中.1 基于LM5035的高效励磁电源的结构特点LM5035是美国国家半导体公司出品的一款应用于电力电子领域的控制芯片，与其他常用励磁电源PWM控制芯片相比，LM5035最大的优点就是集成度很高，具有两路105V/2A的半桥栅极驱动信号、两路可编程延迟的同步整流控制输出，并且工作频率高，具有电阻可编程的2MHz振荡器.LM5035提供了两个栅极驱动输出和两个同步整流驱动信号输出，其中，栅极驱动输出直接驱动原边功率MOSFET，同步整流驱动信号电平则通过隔离接口驱动二次侧同步整流器.二次侧驱动器通常用于提供控制同步MOSFET整流所需的栅极驱动电流.与传统的PN结或肖特基整流器技术相比，采用同步整流技术的励磁电源拥有更高的转换效率和更大的功率密度.传统励磁系统的励磁电源都是由工频变压器将电网电源变压隔离后，通过可控硅整流桥将三相电源转变为转子绕组所需的直流电源.但由于可控硅只能控制导通不能控制关断，容易发生上下桥臂同时导通，给工业生产造成损害.而且，这种励磁电源由六个可控硅组成，需要六路触发脉冲的产生、同步、换相、放大、输出等一系列附加环节，使整套装置体积增大，结构更加复杂，可靠性大大降低［3］.用体积小、重量轻、效率高、动态响应快、输出纹波小、控制精度高的高频开关电源取代传统的相控电源，可使励磁电源具有以下的优点:首先，采用高频变压替代工频变压器传输能量，可以通过提高电源的工作频率来减小变压器的体积和重量，并且提高变压器的功率密度，其中，LM5035的工作频率最高可以达到2MHz，远远高于其他PWM控制芯片;其次，DC-DC变换器可实现变流装置一、二次侧之间的电气隔离，可减少对电网的谐波污染，降低了对电网的扰动［4］.相比于其他芯片控制的励磁电源，本文所设计的基于LM5035的高效励磁电源结构特点如图1所示.图1 基于LM5035的高效励磁电源结构框图本文所设计的励磁电源是一种新型的非接触式同步电机励磁电源，结构上可分为两部分，如图2所示，一部分由控制器、逆变器和磁罐变压器初级组成，安装在同步电机定子上;另一部分由磁罐变压器次级和整流器组成，安装在同步电机转子上.图2中虚线部分是电机的转子部分，磁罐变压器的次级铁心和整流器与电机转子铁心和励磁绕组同轴排列.其中整流器的功能是完成交流变换成直流的过程，为了避免该整流电路固定在转轴一侧引起偏心，需要将电路设计成圆形对称结构，平均放置整流元件，电路板中心掏空，可以令转子转轴通过.磁罐变压器初级铁心安装在同步电机定子上，固定在电机定子端部，并与磁罐变压器的次级铁心相对.控制器和逆变器放置在定子壳体空腔内，共用直流母线排列于定子壳体内表面.图2 非接触式同步电机励磁电源结构图2 工作原理与电路设计2.1 基于LM5035的高效励磁电源的基本原理基于LM5035的高效励磁电源原理图如图3所示.一次侧采用的是半桥式拓扑电路，其具有抗不平衡能力强，功率相对较大，功率开关管在关断时承受的电压较低等优点.LM5035的HO、LO引脚输出两路互补的PWM脉冲驱动，分别控制半桥中两个MOSFET Q1和Q2的栅极，使两个开关管交替导通.通过调节开关管的占空比，就能改变变压器二次侧整流输出平均电压，实现功率转换［6-8］.由于电容器C1、C2的隔直作用，半桥电路可对由于两个开关管导通时间不对称而造成的变压器一次电压的直流分量具有自动平衡作用，因此该电路不容易发生变压器偏磁和直流磁饱和问题.图3 基于LM5035的高效励磁电源原理图芯片的低功耗、高效率是电路系统设计中的一个重要指标，尤其是在低电压、大电流电路中.通常用的整流二极管的正向导通压降较高，快恢复二极管(FRD)或超快恢复二极管(SRD)可高达1.5 V，即使采用低压降的肖特基二极管(SBD)，也会产生至少0.3V的压降.由于整流二极管的导通压降较高，在低电压、大电流输出的情况下，输出端整流管的损耗尤为突出，这将严重影响励磁电源的效率，损耗产生的热能还有可能导致励磁电源的温度上升，严重时甚至致使励磁系统运行不稳定.与传统的PN结或肖特基整流器技术相比，同步整流技术拥有更高的转换效率和更大的功率密度.但同步整流技术的核心问题是同步整流管的驱动问题，若采用外部驱动式同步整流会使励磁电源结构变得复杂，系统性能不稳定，且价格昂贵.而本文采用的PWM控制芯片LM5035因自身集成了同步整流驱动信号所以能够避免以上问题.因此本设计中二次侧采用了同步整流装置，用通态电阻极低的功率MOSFET来取代整流二极管，以降低整流器的损耗，提高变换器的效率，使其更加适合应用于低电压、大电流输出的车载系统励磁电源中［9-11］.变压器 T1的副边、SR1MOSFET 和 SR2 MOSFET构成同步整流电路，Lf和Cf起滤波作用，由于开关频率很高，容值足够大的电容Cf可以使输出的直流电压保持稳定.相比于传统控制芯片的励磁电源电路而言，本设计中的励磁电源，一次侧方面，省去了外围电路中的半桥驱动电路;二次侧方面，采用了可以提高效率的同步整流，可省去同步整流控制电路及驱动电路.因LM5035本身独有的优点，使励磁电源具有更高的集成度和传输效率，工作可靠性也随之提高.2.2 励磁电源的控制电路与保护电路LM5035中的软启动电路允许稳压器逐步达到稳态工作点，从而降低启动应力和浪涌电流.晶振频率由一个接在RT脚与AGND间的外部电阻决定，其振荡器的频率为输出引脚(HO、LO、SR1和SR2引脚)频率的2倍.RT脚外接电阻器的值可由式(1)确定:2.2.1 开关管栅极驱动输出设计LM5035提供了两个交替互补的栅极驱动输出，浮动高侧栅极驱动HO和参考地低侧栅极驱动LO.每个驱动可承受的最大拉电流为1.25 A，灌电流为2 A.栅极驱动LO直接由VCC脚供电，栅极驱动HO则由HB脚和HS脚之间的自举电容供电.VCC脚与HB脚之间外接一个二极管(阳极接VCC脚，阴极接HB脚)，当开关节点HS为低电平时，VCC脚通过该二极管为自举电容充电.当高压侧MOSFET导通时，HB脚的电压值为峰值电压VCC+VHS.HB脚和HS脚之间的自举电容至少为0.01 μF.由于LM5035内部存在70ns的固定死区时间，每一个输出引脚的最大占空比都被限制在稍微小于50%的区间内.COMP引脚为开路时，输出的波形的占空比最大.每一个输出的最大占空比都可以由式(2)来确定:其中，TS是HO或LO的一个完整工作周期，TD是内部固定死区时间.2.2.2 同步整流控制输出设计变压器二次侧采用同步整流技术可提供更高的传输效率，尤其是对低输出电压的变换器而言.同步整流MOSFET使整流器正向压降从0.5～1.5 V降到10～200 mV，从而降低了整流损失.与二极管整流不同，MOS管具有双向导通的特性，因此可能存在开关元件的切换反应不及时而造成的短路，所以一定要在同步整流驱动信号之间设定死区时间.死区时间的设置应当适中，若死区时间设置太长，在续流期间的较长一段时间内电流将流过同步整流管的体二极管，从而引起较大损耗;若死区时间设置太短，可能出现直通，有可能损坏开关器件.所以在设置死区时间的时候应该采用较为精确的控制，就可以减少损耗，提高电源的效率［12］.LM5035中的SR1引脚和SR2引脚为同步整流驱动信号输出引脚，可控制同步MOSFET(SR MOSFET)的门极输出，最大能够提供0.5A的驱动电流.在设计驱动电路的时候，最重要的是要考虑同步整流管SR1MOSFET和SR2MOSFET之间的时序配合问题.HO，LO，SR1和SR2的时序图如图4所示.本设计中变压器二次侧绕组的中心抽头与输出功率电感串联，当HO脚输出为高，即变压器原边储能时，SR2MOSFET为导通状态，与此同时，SR1 MOSFET必须是关断的.当HO由高降为低后，电感中的电流仍然通过SR1MOSFET的体二极管进行续流，但其体内二极管的正向导通压降和反向恢复时间都比SBD大得多，一旦电流流过SR的体二极管，整流损耗将明显增加.因此，为了减少寄生二极管产生的附加损耗，在运行过程中，可以通过最小化死区时间T2，即使负载电流流过SR 的体二极管时间尽量短来提高效率，但同时也要保证T2有足够长的死区时间可用来防止击穿电流.同理，当LO为高时，SR1MOSFET为导通状态，SR2MOSFET为关断状态.死区时间T1是为了保证SR2MOSFET可靠关断后，其体二极管再导通.死区时间T2是为了保证体二极管可靠关断后，SR2MOSFET再导通.SR1和SR2输出由VCC直接供电，每路输出的允许的灌电流和拉电流均为0.5 A.图4 HO，LO，SR1和SR2时序图通常，SR1和SR2的信号需通过一个脉冲变压器隔离后控制同步整流MOSFET.栅极的实际灌电流和拉电流是由副边偏置电源和栅极驱动器提供的.死区时间可由式(3)和(4)得到:其中，T1为SR1，SR2下降沿到HO，LO上升沿的死区时间，T2为HO，LO下降沿到SR1，SR2上升沿的死区时间，RDLY为DLY脚与AGND脚间电阻.2.3 反馈电路设计为了提高励磁电源系统工作的稳定性，实现控制电路的安全工作，避免将输出电路的噪声引入控制回路，对励磁电源的输出进行采样反馈和电气隔离是必须的［13］.本文中的高效励磁电源采用TL431配合光耦PC817A的电路来实现输出电压反馈和电气隔离.PC817的发射极输出的电流被引入到LM5035的COMP脚所接的内部NPN电流镜像源.PWM波的占空比在零电流输入的时候为最大，当输入电流为1 mA时，占空比为0.当输出电压升高时，流入COMP脚的电流变大，输出占空比就会减小，使输出电压降低;当输出电压低降低时，流入COMP脚的电流变小，输出占空比就会增大，使输出电压升高.采用隔离反馈后可使输出电压稳定在所需值［15］.3 基于LM5035的高效励磁电源功率损耗分析基于LM5035的高效励磁电源的功率损耗主要来源于功率器件MOSFET，而功率开关管在工作工程中的损耗由导通损耗、开关损耗、驱动损耗及与时序有关的损耗四部分组成.MOSFET的等效模型如图5所示，其中Cgs为栅极和源极之间的寄生电容，Cgd为栅极和漏极之间的寄生电容，Cds为漏极和源极之间的寄生电容，Rg为栅极电阻，Rcha为Cgd与并联的寄生电阻，Rd为Rcha与漏极之间的寄生电阻，Rd和Rcha之和为沟道导通电阻Rds(on)，它与栅源电压的大小有关.图5MOSFET等效损耗模型3.1 导通损耗导通损耗是指当功率开关管已经开通，同时开关和驱动波形稳定以后的导通状态的损耗，其大小由导通电阻和整流器的输出电流共同决定［14］.同步整流功率器件的导通损耗如式(5)所示，体二极管的导通损耗如式(6)所示，其中，fs表示变换器工作的频率，为通过MOSFET的漏极电流有效值，α为开关管驱动信号的占空比.3.2 开关损耗MOSFET典型的开通和关断过程如图6所示.其中，up为脉冲电压，UT为MOSFET开启电压，uGS为栅极电压，uds为漏源极之间电压，id为漏极电流.开关损耗出现在功率管在开通和关断的过渡过程中，由于漏极和源极上的电流和电压同时变化引起相互交叠，作用到开关管内部的计生原件上而形成的损耗.开通损耗和关断损耗如式(7)和式(8)所示.图6 MOSFET典型的开通和关断过程3.3 驱动损耗功率管栅极驱动损耗为功率管栅电容以及源极、漏极寄生电容充放电引起的损耗.当开关频率低于500 kHz时，可以忽略栅极驱动损耗.但当MOSFET驱动频率很高时，则不能忽略栅极驱动损耗.功率管栅极驱动损耗与负载电流无关，主要由变换器工作频率决定.MOSFET栅极驱动损耗式(9)所示.3.4 和时序有关的损耗功率管的时序有关的损耗分为3种情况，它们均和负载电流无关:1)短路损耗.这种损耗产生在无死区时间的情况下.在功率管开关状态转换期间，为了保证两个功率管不同时导通，必须设置恰当的死区时间，否则将会导致电源和地之间的短路，造成很大的短路损耗.2)体二极管导通损耗.当死区时间过长时，为了维持电感中的电流，体二极管将会导通续流.尤其是在低压系统中，体二极管的正向导通压降所产生的导通损耗是不可忽视的.3)电容开关损耗.当死区时间过短时，在每个周期内，开关管导通都会将寄生电容的容性开通损.4 仿真与实验结果分析本文所设计的基于LM5035的高效励磁电源各个参数指标如下所示:输入电压12 V，输出电压12 V，输出励磁电流8.3 A，工作频率10 kHz.根据以上设计要求，则所需晶振频率为20 kHz，电阻RT=33 kΩ，此频率下的最大占空比为49.3%.反馈电路中R1=45 k，R2=12 k.过压、欠压保护电阻R3=50 k，R4=3 k，R5=5 k，UVLO(off)=9 V，UVLOon=10.4，OVPoff=14.5 V，OVP(on)=13.3 V.额定电流为8.3 A，设过流临界值为12 A，则采样电阻为0.02 Ω.变压器变比为6/5.本文所设计的基于LM5035的励磁电源中同步整流器件的型号为AUIRFR3710，与之进行对比试验的基于其他芯片的励磁电源中选用的是MBR3060CT肖特基二极管作为整流器件，两种器件的正向导通压降曲线如图7所示，仿真波形分别如图8、9所示.本文对基于LM5035的励磁电源和基于其他芯片的励磁电源分别进行了仿真，不同控制芯片的励磁电源效率随负载电流的变化情况如图10所示.图7 MOSFET和肖特基二极管的正向导通压降图8 肖特基二极管MBR3060CT管压降仿真波形图9 MOSFET管压降仿真波形图10 不同整流方式下励磁电源负载－效率曲线由仿真数据可知，当输出为100 W时，采用同步整流方式的励磁电源能量传输效率比采用肖特基整流时提高了8.5%(87.2%-78.7%).理论上，由式(12)可得，采用肖特基整流管时管压降所导致的损耗PMBR为5.8 W;由式(13)可得，采用同步整流时的管压降所引起的功率损耗PMOSFET仅为2.4 W.相同参数下的实际试验中，不同整流方式的实测对比数据如表所示.由表1可知，采用同步整流技术后的励磁电源传输功率比肖特基整流时提高8.46%.经实验检测，额定负载下，基于LM5035的高频半桥式高效励磁电源的输出纹波为40 mV，电压调整率为0.1%，负载调整率为1%.表1 输出功率为100 W时不同整流技术下的传输效率实测数据测试环境电压/V 电流整流方法/A 器件型号整流部分消耗功率/W传输效率MBR3060半桥整流Uo=11.06Io=9.05/%肖特基 Uin=12 Iin=10.21 5.83 78.7 CT AUIRFR3半桥整流 Uo=11.73Io=8.53 MOSFET Uin=12 Iin=9.52 2.41 87.2 7105 结语本文设计是以高集成度的LM5035为PWM控制芯片的高效励磁电源，因其集成了励磁电源驱动电路和同步整流驱动电路，且工作频率高达2 MHz，所以使本文所设计的高效励磁电源具有体积小，效率高和可靠性高等优点.本文所设计的励磁电源为半桥式开关电源，二次侧为同步整流，且设有反馈电路，保护电路.经对比实验证明，本设计中的高频高效励磁电源能量传输效率明显高于其他传统PWM 芯片控制的励磁电源，且输出电压稳定，电压调整率及负载调整率低，可见LM5035的性能远远优于其他传统PWM控制芯片，进而证明了该励磁电源具有较高的实用价值.参考文献:【相关文献】［1］余明杨，蒋新华，王莉，等.开关电源的建模与优化设计研究［J］.中国电机工程学报，2006，26(2):165-169.［2］郭韬.大功率TOPSwitch开关电源的设计［J］.科技信息，2013，3:150-151.［3］车怀林.车载DC-DC开关电源的设计［J］.甘肃广播电视大学学报，2009，19(3):48-49. ［4］YANG Yueh-Ru.A DSP-based bipolar switching power supply［C］//IEEE Power Electronics and Drive Systems(PEDS)，2011:1020-1024.［5］SHANG Qinghua，LI Tiansheng，HOU Boya，et al.Design of Intelligent Switching Power Supply Based on DSC Control［C］//IEEE The 6th International Forum on Strategic Technology，Harbin，China，2011.［6］张波，焦小芝.基于SG3525A的半桥式开关电源［J］.电子与封装，2012:18-20.［7］任先进，马瑞卿.PWM型半桥式开关稳压电源的设计［J］.新技术与新仪器，2006:21-23. ［8］SHENG Yuan Ou，HO Pu Hsiao.Analysis and Design of a Novel Single-Stage Switching Power Supply With Half-Bridge Topology［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26(11):3230-3241.［9］郝志燕，鲍嘉明.采用同步整流技术的超薄高效电源设计［J］. 电源技术，2012:1890-1898. ［10］吴玉强.高效同步整流BUCK DC/DC转换器的研究与设计［D］.西安:西安电子科技2008:35-38.［11］WONSUK Choi，SUNGMO Young，DONGKOOK Son.Consideration to minimize power losses in synchronous rectification［C］//Power Electronics and ECCE Asia(ICPE＆ECCE)，2011:2899-2905.［12］路小月.基于同步整流技术的高效DC-DC变换器芯片的设计［D］.西安:西安科技大学，2012:15-17.［13］闫美存，王旭东，刘金凤，等.非接触式励磁电源的谐振补偿分析［J］. 电机与控制学报，2015，19(3):45-53.［14］郭晓君，林威明.新型双功率MOSFET管谐振驱动电路［J］.中国电机工程学报，2011，1(33):44-51.［15］NAMBIAR V P，YAHYA A，SELVADURAY T R.SPICE Modelling of a Valley Switching Flyback Power Supply Controller for Improved Efficiency in Low Cost Devices［J］.Circuits and Systems，2012:10-14.。

一种高可靠性冗余电源设计

一种高可靠性冗余电源设计发表时间：2020-12-22T06:28:01.553Z 来源：《防护工程》2020年26期作者：史氙杨天奇王永刚[导读] 介绍了电路设计原理，对设计方案进行了硬件实现，并针对冗余切换功能做了测试验证。

中车大连电力牵引研发中心有限公司辽宁大连 116022摘要：本文介绍了一种高可靠性的冗余电源设计，重点介绍了在电力机车应用场景下的电源设计，提出了冗余输出，故障时自动切换的方案。

介绍了电路设计原理，对设计方案进行了硬件实现，并针对冗余切换功能做了测试验证。

关键词：冗余输出；电源；电力机车电源广泛应应用于电力电子相关的各行各业，电源输出板卡在电力机车系统中扮演重要角色。

在列车网络控制系统TCMS中，电源板卡分别给中央控制单元、远程输入输出单元、数据记录单元、显示屏等多个电气设备供电[1]。

其稳定性关系到整个TCMS系统的稳定性和可靠性，对列车安全运行有着举足轻重的作用。

铁路行业，列车运行工况恶劣程度远超其他生产制造行业。

高低温差大、强振动、强电磁辐射、长周期运行等因素时刻对电源可靠性提出挑战。

目前国内电力机车普遍使用的电源方案通常不具备冗余输出功能。

因此具有冗余功能的高可靠性电源在整个控制系统中具有重要作用。

[2] 1、冗余电源方案图1电源板结构图本电源板卡，结构如图1所示，包括两路直流缓启动滤波电路、两路直流变换电路，两路冗余保护电路。

外接电源通过前面板输入，经过两个缓启动保护，分别进行DC/DC变换，变换后分别经过冗余保护电路通过背板接口给控制系统设备内的其它功能单元供电。

本设计提高了电源变换和传输的安全性、可靠性、非常适合于当前列车控制领域。

其基本功能如下，列车外接110V电源通过前面板接口接入电源板卡，经过两路缓启动滤波电路1、缓启动滤波电路2后，电源接入直流变换电路1、直流变换电路2，再经过冗余保护电路将变换后的直流5V电源通过背板接口给其他功能模块供电。

正常工作时，直流变换电路1和直流变换电路2都进行DC/DC电压变换同同一时刻，冗余保护电路1和冗余保护电路2只有一路导通。

短路电流延时速断保护功能

短路电流延时速断保护功能1. 引言1.1 背景介绍短路电流延时速断保护功能是一种重要的电气安全保护装置，广泛应用于各种电气设备和系统中。

随着电气设备的发展和电气系统的复杂化，短路电流所带来的危害也越来越大，因此短路电流延时速断保护功能的作用变得愈发重要。

在过去，电气设备和系统常常缺乏有效的短路保护装置，一旦发生短路故障，往往会导致设备损坏、生产中断甚至火灾等严重后果。

人们对于短路电流延时速断保护功能的需求日益迫切。

研究和应用短路电流延时速断保护功能可以保障电气设备和系统的安全运行，提高设备的可靠性和稳定性。

了解短路电流延时速断保护功能的原理和工作原理，掌握其应用场景以及优点与局限性，对于提高电气安全保护水平具有重要意义。

【内容结束】2. 正文2.1 短路电流延时速断保护功能的原理短路电流延时速断保护功能的原理主要是利用电路中的保护元件，在检测到电路中出现短路电流时，通过延时速断的方式快速切断电路，防止电路元件受到损坏并确保用户的安全。

在电路中，通常会设置短路保护元件，如熔断器、保险丝等，这些元件在电路中起到监测电流的作用。

当电路中的电流超过了额定值，就会触发保护元件，将电路切断，起到保护电路和设备的作用。

而延时速断功能则是在检测到短路电流时，不是立即切断电路，而是延时一段时间后再切断，这样可以避免误触发和频繁断电，提高电路的可靠性和稳定性。

短路电流延时速断保护功能主要应用在电力系统、工业控制系统、电子设备等领域。

在这些领域，电路中可能存在各种突发情况，如短路、过载等，采用短路电流延时速断保护功能可以及时保护设备，避免故障扩大，保证设备的正常运行。

短路电流延时速断保护功能具有快速、精准的保护特性，能有效防止电路中出现短路电流造成的损坏，提高电路的可靠性和安全性。

但是也需要注意，延时切断可能会导致一定程度的延迟响应，需要根据具体情况和要求来选择合适的保护方案。

【字数：261】2.2 工作原理短路电流延时速断保护功能的工作原理主要是基于电路中的保护装置，在电路中检测到短路电流时，会启动保护装置进行相应的动作以保护电路和设备的安全。

短路保护锁存电路设计

短路保护锁存电路设计1.引言1.1 概述短路保护锁存电路是一种用于保护电路中的其他元件免受短路故障影响的重要电路设计。

在电子设备中，由于各种原因，例如线路设计不合理、元件老化等，短路问题常常会出现。

短路故障一旦发生，不仅可能导致电路中其他元件的损坏，还可能对整个系统造成严重影响，甚至引发火灾等安全隐患。

因此，设计一种可靠的短路保护锁存电路对于保障电子设备的正常运行至关重要。

这种电路能够及时检测到短路故障的出现，并迅速切断短路故障的电流，以避免进一步的损坏。

同时，为了保证系统的可靠性，在切断短路故障的同时，锁存电路还能够将相关的信息存储下来，以供之后的故障分析和修复。

本文将详细介绍短路保护锁存电路的原理和设计要点。

首先，我们将深入解析短路保护锁存电路的工作原理，包括电路的整体结构和工作流程。

其次，我们将分析设计短路保护锁存电路时需要注意的关键问题，如如何选择合适的故障检测模块、如何设置合理的触发电流阈值等。

通过对这些问题的研究，我们将为读者提供一些实用的设计建议和经验。

通过本文的学习，读者将能够全面了解短路保护锁存电路的设计原理和方法，掌握一些实用的设计技巧。

同时，我们也将对短路保护锁存电路的未来发展进行展望，探讨一些可能的改进和创新方向。

相信通过本文的阅读，读者将能够在实际工程中更好地应用短路保护锁存电路，提高系统的可靠性和安全性。

1.2文章结构【1.2 文章结构】本文主要介绍了短路保护锁存电路的设计原理和要点。

全文分为三个部分。

第一部分为引言。

在引言中，我们会对短路保护锁存电路的概念和背景进行概述。

同时，给出文章的目的，即介绍短路保护锁存电路的设计和实现方法。

第二部分为正文。

在正文中，我们将详细介绍短路保护锁存电路的原理。

这部分内容将包括电路的工作原理、主要组成部分以及设计中需要注意的要点。

同时，我们还将介绍短路保护锁存电路的设计要点，包括如何选择合适的元件、设计电路的参数和测试方法等。

第三部分为结论。

基于单片机的直流电路智能短路保护器

基于单片机的直流电路智能短路保护器摘要：短路现象的危害是极大的，降低回路负载意味着会在短时间内产生大量的热，轻则烧毁线路及设备，重则引发火灾导致事故。

传统的短路保护器是由熔断器改造而来，其作为保护器使用时存在的问题较多，如不够安全、不具有智能性、反应时间过长等。

单片机技术当前发展已经非常成熟，被广泛应用于各个行业中，本文以直流电路为研究对象，介绍以一款自研的基于单片机的短路保护器。

据试验与仿真模拟结果，该短路保护器的响应时长仅15毫秒左右，且节能环保、安全可靠，具有推广价值。

关键词：直流电路；单片机；智能设备；短路保护前言直流电路中的故障一般分为短路和断路两种，相对于断路而言，短路故障的威胁性明显更大。

由于线路短路而造成的事故不胜枚举，人们为此付出了惨重的代价。

因此，需要对线路进行短路保护，当线路中出现短路现象时，在第一时间内将电路切断，确保线路安全。

传统的保护装置大多数为熔断器或者断路器，这些设备在一定程度上能够起到对线路的保护作用，但是经过长期的实践也发现了很多劣势，主要问题有如下几个：（1）熔断器在熔断时，伴随有局部爆炸现象。

爆炸产生的电火花存在一定的危险性。

（2）熔断时产生的废锡丝必须要在第一时间内清理，如果清理不及时，那么不仅仅会造成环境污染，更有可能引发二次短路。

（3）熔断器发生熔断后，其维修与更换过程专业性比较高，需要操作人员具有比较专业的电路知识。

还需要对熔断器的规格进行判断，消耗大量时间。

（4）熔断器本身在技术上存在缺陷，其响应时间以秒为单位计算。

如果电路中电流较大，在秒级时间中已经足够引发安全事故，这对于维护设备与人身安全是极其不利的。

（5）熔断器属于消耗品，每次更换只能发挥出一次作用，在实际的使用场景中往往需要经常更换，成本难以控制。

上述问题的存在，表明传统的短路保护器在实际应用方面存在不足之处，亟需一种智能、环保、快速响应的保护装置。

1单片机的功能及优势单片机技术自问世以来，就凭借其诸多优势被广泛的应用在嵌入式开发领域，基本在所有的具有智能控制功能的设备中都能够看到单片机的身影。

一种高精度过温保护电路的设计

一种高精度过温保护电路的设计黄军军;乔明【摘要】设计了一种高精度的过温保护电路。

利用晶体管基极和发射极的负温特性实现温度检测，通过将检测点电压和设定的电压相比较，检测是否过温。

由于使用了一个高、低阈值可调的高精度滞回比较器，并且阈值电压点电压由与温度无关的带隙基准提供，因此实现较高的精度和可靠性。

通过Cadence Spectre工具基于某公司0.35μm CMOS工艺进行了仿真验证。

该设计具有20℃温度迟滞，热关断点为125℃，热开启点为105℃，在3~5.5 V的电压范围内，热关断点和热开启点温度最大漂移不超过0.4℃。

%An high precision over-temperature protection(OTP)circuit is proposed. The temperature detection is achieved by using the negative temperature characteristic of base-emitter junction voltage. Then comparing the detected voltage and fixed voltage to determine whether over temperature or not. As a high accuracy hysteresis comparator with adjustable upper and lower threshold voltage is used and its threshold voltage is provided by a temperature independent bandgap reference, the precision and the stability are improved. Simulation using Cadence Spectre based on 0.35 μm CMOS process shows that the circuit can shut down the chip at 125 ℃ and open up at 105 ℃, and the hysteretic temperature range is 20 ℃. In the voltage range of 3~5.5 V, the maximum temperature drift of thermal shutdown point and thermal opening point are not more than 0.4 ℃.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P19-22)【关键词】过温保护;高精度;滞回比较器【作者】黄军军;乔明【作者单位】电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都 610054;电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都 610054【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言随着电子产品的集成度越来越高，系统的功耗也大大增加，尤其对于一些电源管理芯片和功率集成电路而言。

重点讲解新型的IGBT短路保护电路的设计

新型的IGBT短路保护电路的设计固态电源的基本任务是安全、可靠地为负载提供所需的电能。

对电子设备而言，电源是其核心部件。

负载除要求电源能供应高质量的输出电压外，还对供电系统的可靠性等提出更高的要求。

IGBT是一种目前被广泛使用的具有自关断能力的器件，开关频率高，广泛应用于各类固态电源中。

但如果控制不当，它很容易损坏。

一般认为IGBT损坏的主要原因有两种：一是IGBT退出饱和区而进入了放大区使得开关损耗增大;二是IGBT发生短路，产生很大的瞬态电流，从而使IGBT损坏。

IGBT的保护通常采用快速自保护的办法?即当故障发生时，关断IGBT驱动电路，在驱动电路中实现退饱和保护;或者当发生短路时，快速地关断IGBT。

根据监测对象的不同IGBT 的短路保护可分为Uge监测法或Uce监测法?二者原理基本相似，都是利用集电极电流IC升高时Uge或Uce也会升高这一现象。

当Uge或Uce超过Uge sat或Uce sat时，就自动关断IGBT的驱动电路。

由于Uge在发生故障时基本不变，而Uce的变化较大，并且当退饱和发生时Uge变化也小难以掌握，因而在实践中一般采用Uce监测技术来对IGBT 进行保护。

本文研究的IGBT保护电路，是通过对IGBT导通时的管压降Uce进行监测来实现对IGBT的保护。

采用本文介绍的IGBT短路保护电路可以实现快速保护，同时又可以节省检测短路电流所需的霍尔电流传感器，降低整个系统的成本。

实践证明，该电路有比较大的实用价值，尤其是在低直流母线电压的应用场合，该电路有广阔的应用前景。

该电路已经成功地应用在某型高频逆变器中。

1 短路保护的工作原理图1(a)所示为工作在PWM整流状态的H型桥式PWM变换电路(此图为正弦波正半波输入下的等效电路，上半桥的两只IGBT未画出)，图1(b)为下半桥两只大功率器件的驱动信号和相关的器件波形。

现以正半波工作过程为例进行分析(对于三相PWM电路，在整流、逆变工作状态或单相DC/DC工作状态下，PWM电路的分析过程及结论基本类似)。