开关电源常用的几种保护电路
常用的六种开关电源输入保护电路
常用的六种开关电源输入保护电路
开关电源是开关稳压线性电源的简称,以前的电源产品是采用线性电源,这是一种晶体管线性稳压电源,由于效率低下等原因已逐渐被开关电源取代。
开关电源,顾名思义就是通过控制开关管的导通时间以及关断时间来维持输出电压的稳定的电源,已逐渐向小型化、效率化、模块化、高可靠性等方向发展。
对于开关电源,输入保护电路很重要,开关输入保护电路具有过流保护、过压保护以及浪涌抑制等功能,对于电网的电压冲击以及EMC等具有至关重要的作用。
下面列举6种开关电源输入保护电路
一、保险丝形式
保险丝有普通型的也有快速型的,具有熔点低、熔断速度快特点,但是在熔断时候会产生火花、冒烟,甚至有玻璃管的会爆裂,因此安全性较差。
仅有保险丝的输入保护电路,只有过流保护作用,一般选择保险丝时候实际的熔断电流要等于额定电流的1.5倍左右。
二、保险丝、压敏电阻形式
这种电路多了压敏电阻,压敏电阻规格有07471、10471、14471等规格,具有浪涌抑制功能,因此这种电路有过压、过流保护功能,有些还具有防雷击保护
三、熔断电阻器、压敏电阻形式
熔断电阻器与保险丝作用相同,都是起到过流保护,但是与保险丝不同的是熔断电阻器熔断时候不会产生火花以及烟雾,就安全性来说安全高一点;而压敏电阻具有浪涌电压吸收作用,因此这种电路形式具有过压、过流保护功能
四、保险丝、NTC热敏电阻形式
热敏电阻采用的是负温度系数的,它的阻值随温度的升高为降低,它具有抑制电路的浪涌电流能力
五、压敏电阻、NTC热敏电阻形式
六、保险丝、压敏电阻、NTC热敏电阻形式。
开关电源常用的几种保护电路
开关电源常用的几种保护电路评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。
在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。
开关电源常用的几种保护电路如下:1、防浪涌软启动电路开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。
图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。
在电源接通瞬间,输入电压经整流桥(D1~D4)和限流电阻R1对电容器C充电,限制浪涌电流。
当电容器C充电到约80%额定电压时,逆变器正常工作。
经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R1,开关电源处于正常运行状态。
图1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。
电源接通瞬间,输入电压经整流(D1~D4)和限流电阻R1对滤波电容器C1充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时辅助电源Vcc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时,K1动作,其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1,电源进入正常运行状态。
限流的延迟时间取决于时间常(R2C2),通常选取为0.3~0.5s。
为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图3所示电路替代RC延迟电路。
图2 采用继电器K1和限流电阻构成的软启动电路图3 替代RC的延迟电路2、过压、欠压及过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。
开关电源各功能电路详解
开关电源各功能电路详解一、开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:二、输入电路的原理及常见电路1、AC 输入整流滤波电路原理:①防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。
当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。
②输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
当电源开启瞬间,要对 C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。
因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。
若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
2、 DC 输入滤波电路原理:①输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
C3、C4 为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。
在起机的瞬间,由于 C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。
当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。
如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使 Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
开关电源电路详细讲解图
开关电源电路详解图一、开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:二、输入电路的原理及常见电路1、AC 输入整流滤波电路原理:① 防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。
当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。
② 输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。
因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③ 整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。
若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
2、DC 输入滤波电路原理:① 输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
C3、C4 为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。
在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。
当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。
如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
24V开关电源的几种保护电路
24V开关电源常用的几种保护电路1.防浪涌软启动电路24V开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。
2.过压、欠压及过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。
因此对输入电源的上限和下限要有所限制,为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。
温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。
根据有关资料分析表明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%,温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6,为了避免功率器件过热造成损坏,在开关电源中亦需要设置过热保护电路。
3.缺相保护电路由于电网自身原因或电源输入接线不可靠,24V开关电源有时会出现缺相运行的情况,且掉相运行不易被及时发现。
当电源处于缺相运行时,整流桥某一臂无电流,而其它臂会严重过流造成损坏,同时使逆变器工作出现异常,因此必须对缺相进行保护。
检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路。
由于电流互感器检测成本高、体积大,故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。
图5是一个简单的电子缺相保护电路。
三相平衡时,R1~R3结点H电位很低,光耦合输出近似为零电平。
当缺相时,H点电位抬高,光耦输出高电平,经比较器进行比较,输出低电平,封锁驱动信号。
比较器的基准可调,以便调节缺相动作阈值。
该缺相保护适用于三相四线制,而不适用于三相三线制。
电路稍加变动,亦可用高电平封锁PWM信号。
保护电路常见设计
保护电路常见设计保护电路是电子设计中非常重要的一环,它能有效地保护电子设备免受电路故障或异常工作的损害。
下面将介绍一些常见的保护电路设计。
1. 过载保护电路过载保护电路用于监测电路中的电流,当电流超过设定值时,它会立即切断电路以防止设备过载。
这种保护电路通常由热敏电阻或电流传感器组成,一旦检测到过载电流,它会触发继电器或开关,切断电源供应。
2. 过压保护电路过压保护电路用于防止电路受到过高的电压损害。
它通常由电压比较器和继电器组成。
当电路输入电压超过设定值时,电压比较器会触发继电器,切断电源供应。
3. 短路保护电路短路保护电路用于防止电路发生短路故障,它能够及时切断电源供应,以避免设备损坏。
这种保护电路通常由电流传感器和继电器组成,一旦检测到短路电流,电流传感器会触发继电器,切断电源供应。
4. 过温保护电路过温保护电路用于监测电路中的温度,当温度超过设定值时,它会触发继电器或开关,切断电源供应。
这种保护电路通常由温度传感器和继电器组成,一旦检测到过温,温度传感器会触发继电器,切断电源供应。
5. 欠压保护电路欠压保护电路用于监测电路输入电压,当输入电压低于设定值时,它会触发继电器或开关,切断电源供应。
这种保护电路通常由电压比较器和继电器组成,一旦检测到欠压,电压比较器会触发继电器,切断电源供应。
以上介绍了一些常见的保护电路设计,它们在电子设备中起着至关重要的作用,能够有效地保护电路免受损坏。
在设计过程中,需要根据实际需求选择合适的保护电路,并注意电路的可靠性和稳定性。
保护电路的设计需要经过充分的测试和验证,以确保其正常工作和可靠性。
只有在保护电路设计得当的情况下,才能更好地保护电子设备,延长其使用寿命。
开关电源的各种过压保护电路
开关电源的各种过压保护电路开关电源输出过压保护电路,有通过控制自身电源来调节的,也有防止外部电压过高带来的电源损伤,自身调节一般是指,过压电路是在反馈环路出现问题的时候,控制输出电压不至于太高,或者是关闭开关电源控制,来避免输出电解电容与后级的用电设备损坏。
那我们就要知道当过压时,是限制电压不要超过一个电压还是要求关闭电源。
只有知道了要求后就根据要求来设计电路。
图1是输出保护电路的一种,这种电路应用非常多,他是用TL431与光耦的搭配,靠光耦的导通来控制原边的控制芯片停机,实现过于保护,的他的好处是过压保护电压精度高,一般应用到后级需要严格控制电源的电源。
他的成本是比较高的。
图2也是一种输出保护电路,这种电路就是在上一个电路的基础上进行了变动,原理是本来利用TL431来检测输出电压的电路改成了一个稳压管,稳压管的精度是没有TL431高的,但是价格比TL431便宜,这也就是他的优势,缺点是他的精度不高,对于这种电路一般应用在没有要求具体多少电压过压的电源,就是在出现过压的时候起到一个保护电解电容的作用,不至于电解电容坏。
上面的两种方法,我们一直看到有一个光耦的存在,这是应为我们的电源是隔离的原因,但是光耦的价格也是不便宜的。
如果不需要过压精度很高,那么我们是不是可以想办法吧光耦去除,而且是能检测输出电压的办法,是不是最好了,那有什么好的办法了,隔离不用光耦,我们是不是就想到用互感器等磁芯器件,但是这又违背了价格便宜的问题,最好是在不增加其他器件的基础上就能实现过压保护功能。
隔离电源我们都会有一个隔离变压器,这是每一个开关电源都有的,那么我们是不是可以利用这一个开关变压器来实现,我们知道电源是有VCC绕组,我们能不能用VCC绕组来实现过压保护了,肯定是可以的,只是精度与一致性不好,但是价格便宜,如果在你的接受范围内的话,是不是很好。
那么就有了下面的电路图,下面Latch脚是芯片检测过压的脚。
上面的三种电路都是对于电源自身反馈环路有问题的时才有作用,那要是输出电压被外电压强制提高怎么办了,很多的时候就想到了,看下面的图,是不是增加了一个TVS,这一个TVS 只能够钳位过压非常短的时间,要是长时间的,可能会坏,但是他的价格便宜。
几款常用的保护电路
几款常用的保护电路鉴于电源电路存在一些不稳定因素,而设计用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。
在各类电子产品中,保护电路比比皆是,例如:过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等等,本文就整理了一些常见的保护电路。
1、电机过热保护电路生产中所用的自动车床、电热烘箱、球磨机等连续运转的机电设备,以及其它无人值守的设备,因为电机过热或温控器失灵造成的事故时有发生,需要采取相应的保安措施。
PTC热敏电阻过热保护电路能够方便、有效地预防上述事故的发生。
下图是以电机过热保护为例,由PTC热敏电阻和施密特电路构成的控制电路。
图中,RT1、RT2、RT3为三只特性一致的阶跃型PTC热敏电阻器,它们分别埋设在电机定子的绕组里。
正常情况下,PTC热敏电阻器处于常温状态,它们的总电阻值小于1KΩ。
此时,V1截止,V2导通,继电器K得电吸合常开触点,电机由市电供电运转。
当电机因故障局部过热时,只要有一只PTC热敏电阻受热超过预设温度时,其阻值就会超过10KΩ以上。
于是V1导通、V2截止,VD2显示红色报警,K失电释放,电机停止运转,达到保护目的。
PTC热敏电阻的选型取决于电机的绝缘等级。
通常按比电机绝缘等级相对应的极限温度低40℃左右的范围选择PTC热敏电阻的居里温度。
例如,对于B1级绝缘的电机,其极限温度为130℃,应当选居里温度90℃的PTC热敏电阻。
2、逆变电源中的保护电路逆变器经常需要进行电流转换,如果电路中的电流超出限定范围,将对电路和关键器件造成很大伤害,因此保护电路在逆变电源中就显得尤为重要。
(1)防反接保护电路如果逆变器没有防反接电路,在输入电池接反的情况下往往会造成灾难性的后果,轻则烧毁保险丝,重则烧毁大部分电路。
在逆变器中防反接保护电路主要有三种:反并肖特基二极管组成的防反接保护电路,如下图所示。
由图可以看出,当电池接反时,肖特基二极管D导通,F被烧毁。
如果后面是推挽结构的主变换电路,两推挽开关MOS管的寄生二极管的也相当于和D并联,但压降比肖特基大得多,耐瞬间电流的冲击能力也低于肖特基二极管D,这样就避免了大电流通过MOS管的寄生二极管,从而保护了两推挽开关MOS管。
开关电源保护电路原理
开关电源保护电路原理开关电源保护电路是一种用于保护开关电源的电路设计,能够保证开关电源在异常情况下正常工作,提高其稳定性和可靠性。
本文将从开关电源的工作原理、保护电路的分类和常见保护电路的原理等方面进行介绍。
开关电源是一种将电能转换为稳定输出电压或电流的电源装置。
其工作原理是通过控制开关管的导通和截止,使得输入电压以一定的频率和占空比转换为脉冲信号,再经过滤波电路和稳压电路,最终输出稳定的直流电压或电流。
开关电源具有高效率、体积小、重量轻和可调性好等优点,因此被广泛应用于电子设备中。
然而,开关电源在工作过程中可能会遇到多种异常情况,如输入电压过高或过低、输出短路、过载和过温等。
这些异常情况可能会导致开关管损坏、输出电压波动或无输出等问题,严重影响开关电源的稳定性和可靠性。
因此,保护电路的设计就显得尤为重要。
根据保护电路的功能和作用方式,可以将保护电路分为输入保护电路、输出保护电路和过温保护电路等。
输入保护电路主要用于对开关电源的输入电压进行监测和保护,防止过高或过低的输入电压对开关电源产生不利影响。
常见的输入保护电路包括过压保护电路和欠压保护电路。
过压保护电路通过检测输入电压是否超过设定值来进行保护。
当输入电压超过设定值时,保护电路会迅速切断开关管的导通,以防止过高的电压损坏开关管和其他电路元件。
欠压保护电路则是在输入电压低于设定值时进行保护,避免开关电源在低电压下无法正常工作。
输出保护电路主要用于对开关电源的输出电流和电压进行监测和保护。
过载保护电路是其中一种常见的输出保护电路。
它通过检测输出电流是否超过设定值来进行保护。
当输出电流超过设定值时,保护电路会迅速切断开关管的导通,以防止过大的电流对开关管和其他电路元件造成损坏。
另外,还有短路保护电路用于对输出短路情况进行保护。
过温保护电路是为了防止开关电源在长时间高负载工作或环境温度过高时产生过热而设计的。
该保护电路通过检测开关电源的温度来进行保护。
几种常见开关电源电路图
uc3842开关电源电路图用UC3842做的开关电源的典型电路见图1。
过载和短路保护,一般是通过在开关管的源极串一个电阻(R4),把电流信号送到3842的第3脚来实现保护。
当电源过载时,3842保护动作,使占空比减小,输出电压降低,3842的供电电压Vaux也跟着降低,当低到3842不能工作时,整个电路关闭,然后靠R1、R2开始下一次启动过程。
这被称为“打嗝”式(hi ccup)保护。
在这种保护状态下,电源只工作几个开关周期,然后进入很长时间(几百ms 到几s)的启动过程,平均功率很低,即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。
由于漏感等原因,有的开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰,即使在占空比很小时,辅助电压Vaux也不能降到足够低,所以一般在辅助电源的整流二极管上串一个电阻(R3),它和C1形成RC滤波,滤掉开通瞬间的尖峰。
仔细调整这个电阻的数值,一般都可以达到满意的保护。
使用这个电路,必须注意选取比较低的辅助电压Vaux,对3842一般为13~15V,使电路容易保护。
图2、3、4是常见的电路。
图2采取拉低第1脚的方法关闭电源。
图3采用断开振荡回路的方法。
图4采取抬高第2脚,进而使第1脚降低的方法。
在这3个电路里R3电阻即使不要,仍能很好保护。
注意电路中C4的作用,电源正常启动,光耦是不通的,因此靠C4来使保护电路延迟一段时间动作。
在过载或短路保护时,它也起延时保护的左右。
在灯泡、马达等启动电流大的场合,C4的取值也要大一点。
图1是使用最广泛的电路,然而它的保护电路仍有几个问题:1. 在批量生产时,由于元器件的差异,总会有一些电源不能很好保护,这时需要个别调整R 3的数值,给生产造成麻烦;2. 在输出电压较低时,如3.3V、5V,由于输出电流大,过载时输出电压下降不大,也很难调整R3到一个理想的数值;3. 在正激应用时,辅助电压Vaux虽然也跟随输出变化,但跟输入电压HV的关系更大,也很难调整R3到一个理想的数值。
常见直流24v开关电源电路
常见直流24v开关电源电路
常见的直流24V开关电源电路如下:
1. 电桥整流电路:
电桥整流电路通过四个二极管组成一个电桥,将交流电转换为直流电。
输入的交流电经过变压器降压后接入到电桥,通过四个二极管的导通与截止,实现对输入交流电的整流。
2. 电解电容滤波电路:
电解电容滤波电路用于去除电桥整流后的直流电中的脉动部分,使输出的直流电更加稳定。
该电路将电桥整流后的直流电接入到电解电容器中进行滤波,通过电解电容器的电容特性,将脉动部分去除,得到稳定的直流电输出。
3. 开关稳压电路:
开关稳压电路通过开关元件(如晶体管或MOS管)的开关动作来稳定输出电压。
开关管通过不断地开启和关闭来调节输出电压,通过负反馈控制电路来实现稳定的输出。
此电路的特点是效率高、体积小、重量轻,常用于需要高效率和高精度的电源应用。
4. 保护电路:
保护电路用于保护电源电路和负载设备免受异常情况的损害,如过流保护、过压保护、过温保护等。
常见的保护电路包括过流保险丝、过压保护二极管、过温保护开关等。
这些是常见的直流24V开关电源电路,它们可以根据具体应用需求进行组合和调整,以满足不同的电力需求。
开关电源中常用过流保护电路
开关电源中常⽤过流保护电路1,开关电源中常⽤的过流保护⽅式过电流保护有多种形式,如图1所⽰,可分为额定电流下垂型,即フ字型;恒流型;恒功率型,多数为电流下垂型。
过电流的设定值通常为额定电流的110%~130%。
⼀般为⾃动恢复型。
(图1中①表⽰电流下垂型,②表⽰恒流型,③表⽰恒功率型。
)图1 过电流保护特性2,⽤于变压器初级直接驱动电路中的限流电路在变压器初级直接驱动的电路(如单端正激式变换器或反激式变换器)的设计中,实现限流是⽐较容易的。
图2是在这样的电路中实现限流的两种⽅法。
图2电路可⽤于单端正激式变换器和反激式变换器。
图2(a)与图2(b)中在MOSFET的源极均串⼊⼀个限流电阻Rsc,在图2(a)中, Rsc提供⼀个电压降驱动晶体管S2导通,在图2(b)中跨接在Rsc上的限流电压⽐较器,当产⽣过流时,可以把驱动电流脉冲短路,起到保护作⽤。
图2(a)与图2(b)相⽐,图2(b)保护电路反应速度更快及准确。
⾸先,它把⽐较放⼤器的限流驱动的门槛电压预置在⼀个⽐晶体管的门槛电压Vbe更精确的范围内;第⼆,它把所预置的门槛电压取得⾜够⼩,其典型值只有100mV~200mV,因此,可以把限流取样电阻Rsc的值取得较⼩,这样就减⼩了功耗,提⾼了电源的效率。
(a)晶体管保护(b)限流⽐较器保护图2 在单端正激式或反激式变换器电路中的限流电路当AC输⼊电压在90~264V范围内变化,且输出同等功率时,则变压器初级的尖峰电流相差很⼤,导致⾼、低端过流保护点严重漂移,不利于过流点的⼀致性。
在电路中增加⼀个取⾃+VH 的上拉电阻R1,其⽬的是使S2的基极或限流⽐较器的同相端有⼀个预值,以达到⾼低端的过流保护点尽量⼀致。
3,⽤于基极驱动电路的限流电路在⼀般情况下,都是利⽤基极驱动电路把电源的控制电路和开关晶体管隔离开来。
变换器的输出部分和控制电路共地。
限流电路可以直接和输出电路相接,其电路如图3所⽰。
在图3中,控制电路与输出电路共地。
一文说清开关电源常用的几种保护
一文说清开关电源常用的几种保护摘要:一、开关电源保护电路的概述二、开关电源常用的保护电路1.过流保护2.过压保护3.过热保护4.短路保护5.空载保护三、保护电路在开关电源中的重要性四、选择合适的保护方案和电路结构正文:开关电源是电子设备中不可或缺的组成部分,其性能直接影响着设备的稳定性和可靠性。
为了保证开关电源的正常工作,保护电路的设计尤为重要。
本文将详细介绍开关电源常用的几种保护电路。
首先,开关电源的保护电路主要包括过流保护、过压保护、过热保护、短路保护和空载保护。
这些保护电路可以防止电源因异常工作状态而损坏,确保电源的稳定性和可靠性。
1.过流保护:过流保护是开关电源中最常见的保护方式。
当电源负载电流超过额定电流时,过流保护电路会立即切断电源,以保护电源和负载设备。
2.过压保护:过压保护主要针对输入电压过高的情况。
当输入电压超过电源的额定电压时,过压保护电路会启动,切断电源,以防止电源因电压过高而损坏。
3.过热保护:过热保护主要针对开关电源内部器件的过热情况。
当电源内部器件的温度超过额定值时,过热保护电路会启动,切断电源,以防止电源因过热而损坏。
4.短路保护:短路保护主要针对电源负载短路的情况。
当负载短路时,短路保护电路会立即切断电源,以防止电源因负载短路而损坏。
5.空载保护:空载保护主要针对电源在无负载情况下的保护。
当电源处于空载状态时,空载保护电路会启动,切断电源,以防止电源因长时间空载而损坏。
保护电路在开关电源中的重要性不言而喻。
合适的保护电路可以有效延长电源的使用寿命,提高电源的稳定性和可靠性。
因此,在设计开关电源时,应根据实际需求选择合适的保护方案和电路结构。
总之,开关电源的保护电路是电源稳定性和可靠性的重要保障。
开关电源常用的几种保护电路
开关电源常用的几种保护电路1 引言评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。
在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。
2 开关电源常用的几种保护电路2.1 防浪涌软启动电路开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。
图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。
在电源接通瞬间,输入电压经整流桥(D1~D4)和限流电阻R1对电容器C充电,限制浪涌电流。
当电容器C充电到约80%额定电压时,逆变器正常工作。
经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R1,开关电源处于正常运行状态。
图1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。
电源接通瞬间,输入电压经整流(D1~D4)和限流电阻R1对滤波电容器C1充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时辅助电源Vcc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时,K1动作,其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1,电源进入正常运行状态。
限流的延迟时间取决于时间常数(R2C2),通常选取为0.3~0.5s。
为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图3所示电路替代RC延迟电路。
图2 采用继电器K1和限流电阻构成的软启动电路图3 替代RC的延迟电路2.2 过压、欠压及过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。
开关电源保护电路原理
开关电源保护电路原理
开关电源保护电路原理是指在开关电源工作过程中,为了保护开关电源及其负载不受电路故障或外部干扰而采取的一系列保护措施
及其实现原理。
开关电源保护电路一般包括过载保护、短路保护、过压保护、欠压保护、过温保护等多种保护功能。
其中,过载保护主要采用功率限制和电流限制两种方式实现;短路保护主要依靠电流保护元件实现;过压保护和欠压保护主要通过比较监控信号与设定值的大小关系来实现;过温保护一般利用温度传感器来监测开关电源的温度,并采取相应的保护措施。
开关电源保护电路的实现原理多样,但一般都采用电路自动切断或电路自动保护的方式,以确保开关电源及其负载的安全可靠工作。
- 1 -。
电源保护电路
开关电源保护电路1 引言评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。
在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。
2 开关电源常用的几种保护电路2.1 防浪涌软启动电路开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。
图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。
在电源接通瞬间,输入电压经整流桥(D1~D4)和限流电阻R1对电容器C充电,限制浪涌电流。
当电容器C充电到约80%额定电压时,逆变器正常工作。
经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R1,开关电源处于正常运行状态。
图1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。
电源接通瞬间,输入电压经整流(D1~D4)和限流电阻R1对滤波电容器C1充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时辅助电源Vcc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时,K1动作,其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1,电源进入正常运行状态。
限流的延迟时间取决于时间常数(R2C2),通常选取为0.3~0.5s。
为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图3所示电路替代RC延迟电路。
图2 采用继电器K1和限流电阻构成的软启动电路图3 替代RC的延迟电路2.2 过压、欠压及过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。
开关电源中几种过流保护电路
开关电源中几种过流保护方式2005年02月23日 0引言电源作为一切电子产品的供电设备,除了性能要满足供电产品的要求外,其自身的保护措施也非常重要,如过压、过流、过热保护等。
一旦电子产品出现故障时,如电子产品输入侧短路或输出侧开路时,则电源必须关闭其输出电压,才能保护功率MOSFET和输出侧设备等不被烧毁,否则可能引起电子产品的进一步损坏,甚至引起操作人员的触电及火灾等现象,因此,开关电源的过流保护功能一定要完善。
1开关电源中常用的过流保护方式过电流保护有多种形式,如图1所示,可分为额定电流下垂型,即フ字型;恒流型;恒功率型,多数为电流下垂型。
过电流的设定值通常为额定电流的110%~130%。
一般为自动恢复型。
中表示电流下垂型,表示恒流型,表示恒功率型。
图1①②③图1过电流保护特性1.1用于变压器初级直接驱动电路中的限流电路在变压器初级直接驱动的电路(如单端正激式变换器或反激式变换器)的设计中,实现限流是比较容易的。
图2是在这样的电路中实现限流的两种方法。
图2电路可用于单端正激式变换器和反激式变换器。
图2(a)与图2(b)中在MOSFET的源极均串入一个限流电阻Rsc,在图2(a)中,Rsc提供一个电压降驱动晶体管S2导通,在图2(b)中跨接在Rsc上的限流电压比较器,当产生过流时,可以把驱动电流脉冲短路,起到保护作用。
图2(a)与图2(b)相比,图2(b)保护电路反应速度更快及准确。
首先,它把比较放大器的限流驱动的门槛电压预置在一个比晶体管的门槛电压Vbe更精确的范围内;第二,它把所预置的门槛电压取得足够小,其典型值只有100mV~200mV,因此,可以把限流取样电阻Rsc的值取得较小,这样就减小了功耗,提高了电源的效率。
(a)晶体管保护(b)限流比较器保护图2在单端正激式或反激式变换器电路中的限流电路当AC输入电压在90~264V范围内变化,且输出同等功率时,则变压器初级的尖峰电流相差很大,导致高、低端过流保护点严重漂移,不利于过流点的一致性。
详解3大保护电路:浪涌保护、过流保护、过压保护
详解3大保护电路:浪涌保护、过流保护、过压保护
对于开关电源而言, 安全、可靠性历来被视为重要的性能之一. 开关电源在电气技术指标满足电子设备正常使用要求的条件下, 还要满足外界或自身电路或负载电路出现故障的情况下也能安全可靠地工作. 为此, 须有多种保护措施. 对保护电路的特点分析, 对存在不足期待克服, 希望设计出更安全、更可靠的保护电路。
一、浪涌电流电路剖析
浪涌电流是由于电压突变所引起. 如电子设备在第一次加电压时, 由于大容量电源电容器充电引起的涌入初始电流——开机浪涌电流; 又如直击雷、感应雷沿着电源线进入开关电源的突变电压所产生瞬态电流雷浪涌电流. 浪涌电流上升时间非常快, 持续时间非常短, 破坏作用非常大. 为防止或减轻浪涌电流的破坏, 设置抑制浪涌电流或将浪涌电流转移到地线等方式来保护开关电源避免浪涌电流的损害。
1)启动限流保护
开关电源的初级整流电路有大容量滤波电容,开机瞬间整流管向这些大电容充电, 使整流管瞬时电流超过额定值. 为减小开机启动限流( 浪涌电流) ,开关电源通常都设有抗冲击电路. 如图1 电路, 在开机瞬间, 开关电源变压器的3、4 绕组电压为0V, VD5截止, 晶闸管VD6 的G、K 极间电压为0V, VD6 截止.充电电流路径: AC220V→VD1- 4 正极→大电容C1→地→R2→VD1- 4 负极. 由于R2 有阻碍大电流作用( 一般设为3. 3Ω)因此能有效限制开机浪涌电流.。
开关电源常用保护电路-过热、过流、过压以及软启动保护电路
1引言随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源。
同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。
但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。
为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。
2、开关电源的原理及特点2、1工作原理直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。
功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。
它主要由开关三极管和高频变压器组成。
图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V,激励信号,续流二极管Vp,储能电感和滤波电容C组成。
实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。
2、2特点为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。
因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。
直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。
由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高,3、直流开关电源的保护基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,本文根据不同的情况设计了多种保护电路。
开关电源设计实例之保护电路实例详解-设计应用
开关电源设计实例之保护电路实例详解-设计应用开关电源各种保护电路实例详细解剖!输入欠压保护电路一1概述(电路类别、实现主要功能描述):该电路属于输入欠压电路,当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc,从而关闭输出。
2电路组成(原理图):输入欠压保护电路二1概述(电路类别、实现主要功能描述):输入欠压保护电路。
当输入电压低于设定欠压值时,关闭输出;当输入电压升高到设定恢复值时,输出自动恢复正常。
2电路组成(原理图):3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理):输入电压在正常工作范围内时,Va大于VD4的稳压值,VT4导通,Vb为0电位,VT5截止,此时保护电路不起作用;当输入电压低于设定欠压值时,Va小于VD4的稳压值,VT4截止,Vb为高电位,VT5导通,将COMP(芯片的1脚)拉到0电位,芯片关闭输出,从而实现了欠压保护功能。
R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。
当欠压关断时,VT6导通,将R21与R2并联,;恢复时,VT6截止,4电路的优缺点优点:电路形式简单,成本较低。
缺点:因稳压管VD4批次间稳压值的差异,导致欠压保护点上下浮动,大批量生产时需经常调试相关参数。
5应用的注意事项:VD4应该选温度系数较好的稳压管,需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试。
输出过压保护电路一1概述(电路类别、实现主要功能描述):输出过压保护电路。
当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障(开环或其他)导致输出电压高于稳压值时,此电路会将输出电压钳位在设定值。
2电路组成(原理图):3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理):输出过压时,加在VD3上的电压大于其稳压值时,VD3导通,输出电压被钳位,同时通过IC4向原边反馈。
4电路的优缺点优点:电路形式简单,成本较低。
缺点:因稳压管VD3批次间稳压值的差异,导致过压钳位点上下浮动,大批量生产时需经常调试相关参数。
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评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。
在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。
2 开关电源常用的几种保护电路2.1 防浪涌软启动电路开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。
在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。
上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。
图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。
在电源接通瞬间,输入电压经整流桥(D1~D4)和限流电阻R1对电容器C充电,限制浪涌电流。
当电容器C充电到约80%额定电压时,逆变器正常工作。
经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R1,开关电源处于正常运行状态。
图1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。
电源接通瞬间,输入电压经整流(D1~D4)和限流电阻R1对滤波电容器C1充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时辅助电源V cc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时,K1动作,其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1,电源进入正常运行状态。
限流的延迟时间取决于时间常数(R2C2),通常选取为0.3~0.5s。
为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图3所示电路替代RC延迟电路。
图2 采用继电器K1和限流电阻构成的软启动电路图3 替代RC的延迟电路2.2 过压、欠压及过热保护电路进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。
因此对输入电源的上限和下限要有所限制,为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。
温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。
根据有关资料分析表明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%,温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6,为了避免功率器件过热造成损坏,在开关电源中亦需要设置过热保护电路。
图4是仅用一个4比较器LM339及几个分立元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。
取样电压可以直接从辅助控制电源整流滤波后取得,它反映输入电源电压的变化,比较器共用一个基准电压,N1.1为欠压比较器,N1.2为过压比较器,调整R1可以调节过、欠压的动作阈值。
N1.3为过热比较器,R T为负温度系数的热敏电阻,它与R7构成分压器,紧贴于功率开关器件IGBT的表面,温度升高时,R T阻值下降,适当选取R7的阻值,使N1.3在设定的温度阈值动作。
N1.4用于外部故障应急关机,当其正向端输入低电平时,比较器输出低电平封锁PWM驱动信号。
由于4个比较器的输出端是并联的,无论是过压、欠压、过热任何一种故障发生,比较器输出低电平,封锁驱动信号使电源停止工作,实现保护。
如将电路稍加变动,亦可使比较器输出高电平封锁驱动信号。
图4 过压、欠压、过热保护电路2.3 缺相保护电路由于电网自身原因或电源输入接线不可靠,开关电源有时会出现缺相运行的情况,且掉相运行不易被及时发现。
当电源处于缺相运行时,整流桥某一臂无电流,而其它臂会严重过流造成损坏,同时使逆变器工作出现异常,因此必须对缺相进行保护。
检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路。
由于电流互感器检测成本高、体积大,故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。
图5是一个简单的电子缺相保护电路。
三相平衡时,R1~R3结点H电位很低,光耦合输出近似为零电平。
当缺相时,H点电位抬高,光耦输出高电平,经比较器进行比较,输出低电平,封锁驱动信号。
比较器的基准可调,以便调节缺相动作阈值。
该缺相保护适用于三相四线制,而不适用于三相三线制。
电路稍加变动,亦可用高电平封锁PWM 信号。
图5 三相四线制的缺相保护电路图6是一种用于三相三线制电源缺相保护电路,A、B、C缺任何一相,光耦器输出电平低于比较器的反相输入端的基准电压,比较器输出低电平,封锁PWM驱动信号,关闭电源。
比较器输入极性稍加变动,亦可用高电平封锁PWM信号。
这种缺相保护电路采用光耦隔离强电,安全可靠,R P1、R P2用于调节缺相保护动作阈值。
图6 三相三线制的缺相保护电路2.4 短路保护开关电源同其它电子装置一样,短路是最严重的故障,短路保护是否可靠,是影响开关电源可靠性的重要因素。
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点,是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。
IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小,一般仅为几μs至几十μs。
短路电流过大不仅使短路承受时间缩短,而且使关断时电流下降率d i/d t过大,由于漏感及引线电感的存在,导致IGBT集电极过电压,该过电压可在器件内部产生擎住效应使IGBT锁定失效,同时高的过电压会使IGBT击穿。
因此,当出现短路过流时,必须采取有效的保护措施。
为了实现IGBT的短路保护,则必须进行过流检测。
适用IGBT过流检测的方法,通常是采用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流I c,然后与设定的阈值比较,用比较器的输出去控制驱动信号的关断;或者采用间接电压法,检测过流时IGBT的电压降V ce,因为管压降含有短路电流信息,过流时V ce增大,且基本上为线性关系,检测过流时的V ce并与设定的阈值进行比较,比较器的输出控制驱动电路的关断。
在短路电流出现时,为了避免关断电流的d i/d t过大形成过电压,导致IGBT锁定无效和损坏,以及为了降低电磁干扰,通常采用软降栅压和软关断综合保护技术。
在检测到过流信号后首先是进入降栅保护程序,以降低故障电流的幅值,延长IGBT的短路承受时间。
在降栅动作后,设定一个固定延迟时间用以判断故障电流的真实性,如在延迟时间内故障消失则栅压自动恢复,如故障仍然存在则进行软关断程序,使栅压降至0V以下,关断IGBT的驱动信号。
由于在降栅压程序阶段集电极电流已减小,故软关断时不会出现过大的短路电流下降率和过高的过电压。
采用软降栅压及软关断栅极驱动保护,使故障电流的幅值和下降率都能受到限制,过电压降低,IGBT的电流、电压运行轨迹能保证在安全区内。
在设计降栅压保护电路时,要正确选择降栅压幅度和速度,如果降栅压幅度大(比如7.5V),降栅压速度不要太快,一般可采用2μs下降时间的软降栅压,由于降栅压幅度大,集电极电流已经较小,在故障状态封锁栅极可快些,不必采用软关断;如果降栅压幅度较小(比如5V以下),降栅速度可快些,而封锁栅压的速度必须慢,即采用软关断,以避免过电压发生。
为了使电源在短路故障状态不中断工作,又能避免在原工作频率下连续进行短路保护产生热积累而造成IGBT损坏,采用降栅压保护即可不必在一次短路保护立即封锁电路,而使工作频率降低(比如1Hz左右),形成间歇“打嗝”的保护方法,故障消除后即恢复正常工作。
下面介绍几种IGBT短路保护的实用电路及工作原理。
图7是利用IGBT过流时V ce增大的原理进行保护的电路,用于专用驱动器EXB841。
EXB841内部电路能很好地完成降栅及软关断,并具有内部延迟功能,以消除干扰产生的误动作。
含有IGBT过流信息的V ce不直接送至EXB841的集电极电压监视脚6,而是经快速恢复二极管V D1,通过比较器IC1输出接至EXB841的脚6,其目的是为了消除V D1正向压降随电流不同而异,采用阈值比较器,提高电流检测的准确性。
如果发生过流,驱动器EXB841的低速切断电路慢速关断IGBT,以避免集电极电流尖峰脉冲损坏IGBT器件。
图7 采用IGBT过流时V ce增大的原理进行保护图8是利用电流传感器进行过流检测的IGBT保护电路,电流传感器(SC)初级(1匝)串接在IGBT 的集电极电路中,次级感应的过流信号经整流后送至比较器IC1的同相输入端,与反相端的基准电压进行比较,IC1的输出送至具有正反馈的比较器IC2,其输出接至PWM控制器UC3525的输出控制脚10。
不过流时,V A<V ref,V B=0.2V,V C<V ref,IC2输出低电平,PWM控制器正常工作。
当出现过流时,电流传感器检测的整流电压升高,V A>V ref,V B为高电平,C3充电使V C>V ref,IC2输出高电平(大于1.4V),关闭PWM控制电路。
因无驱动信号,IGBT关闭,而电源停止工作,电流传感器无电流流过,使V A<V ref,V B=0.2V,C3经R1放电,当C3放电到使V C<V ref时,IC2又输出低电平,电源重新进入工作状态,如果过流继续存在,保护电路又回复到原来的限流保护工作状态,反复循环使PWM控制电路的输出驱动波形处于间隔输出状态,如图8(b)所示波形。
电位器R P1调整比较器过流动作阈值。
电容器C3经D5快速充电,经R1慢速放电,只要合理地选择R1,C3的参数,使PWM驱动信号关闭时间t2>>t1,可保证电源进入睡眠状态。
正反馈电阻R7保证IC2只有高、低电平两种状态,D5,R1,C3充放电电路,保证IC2输出不致在高、低电平之间频繁变化,即IGBT不致频繁开通、关断而损坏。
(a) 电路原理图(b) PWM控制电路的输出驱动波形图图8 利用电流传感器进行过流检测的IGBT保护电路图9是利用IGBT(V1)过流集电极电压检测和电流传感器检测的综合保护电路,电路工作原理是:负载短路(或IGBT因其它故障过流)时,V1的V ce增大,V3门极驱动电流经R2,R3分压器使V3导通,IGBT 栅极电压由V D3所限制而降压,限制IGBT峰值电流幅度,同时经R5C3延迟使V2导通,送去软关断信号。
另一方面,在短路时经电流传感器检测短路电流,经比较器IC1输出的高电平使V3导通进行降栅压,V2导通进行软关断。
图9 综合过流保护电路图10是应用检测IGBT集电极电压的过流保护原理,采用软降栅压、软关断及降低工作频率保护技术的短路保护电路。
图10正常工作状态,驱动输入信号为低电平时,光耦IC4不导通,V1,V3导通,输出负驱动电压。
驱动输入信号为高电平时,光耦IC4导通,V1截止而V2导通,输出正驱动电压,功率开关管V4工作在正常开关状态。