第二章：开关电源保护电路PPT课件

R1
US UREF
R3 U1
R2
（2）功率开关管过流状态的自动识别
* 根据：GTR、GTO、IGBT等的导通压降是和导通时通 过的电流有关的，当管子中电流增加时，其导通压降也会明 显上升。
* 功率MOSFET是阻性负载，导通压降也和导通时的电流 有关。
* 注意，与截止时的电压相区别。 * 具有快速、可靠、方便的优点。
一般，硅材料在200℃以下，锗材料在100 ℃以下。
2 半导体器件还要受到温度变化的限制
半导体芯片是通过焊剂焊在基座上的，因为其接触部分 热膨胀系数不同，所以外部温度频繁变化时，会使结合面材 料疲软，致使两个表面分离，最终导致器件的失效。
二 功率开关管损耗计算 1 电阻性负载开关管的开关损耗
开关管两端电压下降和开
* 关机时，电容C通过电阻R2放电，再次 启动时仍具有软启动功能。
UREF R1
R2 C
4 软启动控制电路设计
* 在各种PWM控制芯片里，一般都有软启动控制电路， 只需要在设置端外接一个电容即可。
* 如需要对其进行控制时：
① X=1时，三极管导通、
无脉冲输出；
X
② X=0时，三极管截止、
R
正常启动工作。
T1
t
* 需要软启动的原因，是由于电源输出滤波电容较大， 开始工作时电容两端电压为零，未储能；如果输出电压突然建 立到额定值，将导致：
① 在很短时间内形成很大的充电电流，对整流二极管、功 率开关、电容自身都会造成严重的过流冲击。
② 易使过流或短路保护动作，影响电源的正常启动及使用 寿命。
* 软启动时间，指输出电压上升到0.9U0时所用时间，一般 为几百毫秒。
ic
关管中电流上升是同步的，只 Ui
是方向相反。
RL
ic
t
ton
toff
tir ton 开通电流上升时间
uce
uce
tif toff 关断电流下降时间
t
Ponoff
f
tir 0
2 输入瞬间过压保护
（1）原因
* 电网上电感性负载的开、关，雷电感应等都会在电 网电压上产生尖峰电压，有的达数千伏。
* 这些尖峰电压的能量有强有弱，一般雷电引起的尖 峰电压能量较强，有可能损坏电源。
（2）保护方法
* 在输入端并联氧化锌压敏电阻。
* 当交流尖峰电压串入时，经 EMI滤波器后，有了一定的衰减；
* 对于瞬间的尖峰干扰，有吸收作用。
DZ U0
三 输入过压保护电路 1 输入连续过压保护
（1）基本方法
C
R1 R3
A
R2
R4
Bห้องสมุดไป่ตู้DZ R5
R6 T1 C2
R7 T2
C3
* 是在滤波电容后取样，对瞬间过压不起作用。
* 利用R6、R5、T1可改变基准电压，避免产生振荡现象。 * 保护时，利用发出的保护信号可封锁PWM脉冲输出、 停止后级DC/DC变换器工作。
（2）存在问题
保护不彻底，后级DC/DC变换器虽停止工作，功率开关 得到保护，但如果输入电压继续上升超过滤波电容的耐压值 时，滤波电容会过压击穿。
（3）改进方法
* 在判断保护后，发出保护信号同时，控制继电器或接 触器动作、断开主回路；不过压时，继电器触点吸合，不影 响正常工作。
* 特点：
① 保护彻底，适合中、大功率电源中应用； ② 电路复杂，成本高。
EMI
RV
C
* 若衰减后的尖峰仍大于压敏电阻的连续工作电压值时， 则压敏电阻的阻值急剧下降，把尖峰能量吸收，电源得到保护。
* 要合理选择压敏电阻的连续工作电压值，一般要高于 连续工作电压上限的20%左右。
四 软启动电路
1 软启动
U0 0.9U0
* 软启动是指电源启动时，其输出
电压随时间缓慢增加，变化规律如图。
§2.3 保护电路
一 过流保护电路
1 过流保护电路的功能和组成
* 功能 发生过流时，立即某种方式消除过流，保护电路器
件不会损坏。
* 产生过流的原因 ①负载过载或输出短路 ②整流器件失效 ③开关管失效 ④干扰等因素造成的误导通
* 简单的保护方法 利用熔断器，但动作慢，不足以实现快速保护，一
般使用由电子元器件构成的保护电路。
③加两级滤波后脉冲电流的 前后沿尖峰明显减小。
* 过流信号处理电路
①过流一般都是不正常现 象，或者是故障，所以过流保护 应该是不可以自恢复的。
②实现方式，反馈自锁。
R1
US UREF
R3 U1
R2
③可自锁的处理电路
D1
R4
* 封锁开关脉冲电路
把过流信号处理电路的输 出加到集成PWM控制器的保护信 号输入端即可。
二 输出过压、欠压保护电路
1 过压、欠压状态的判断
* 比较器A用于输出过压判断。
R4 UCC
R1
* 比较器B用于输出欠压判断。
A
UB
* 调整电阻R1、R2、R、3可改变保护点。 U0 R2
上限
UH
R2 R2
R3 R3
R1
U
C
B
R3
下限
UL
R2
R3 R3
R1 UC
* 正常时，UB=“0”；保护时， UB=“1”。
2 保护
把过压、欠压判断电路的输出加到集成PWM控制器的保 护信号输入端即可。
3 小功率电源中的过压保护
* 利用稳压二极管结合过流保护电路可实现。
* 选择稳压值UZ大于输出电压1V左
右的稳压二极管，当发生过压时，稳压
L
二极管反向击穿，输出电压被箝位在UZ，
C
同时产生较大的电流，使过流保护电路
动作。
* 组成
电流信号检测电路 过流信号处理电路 封锁开关脉冲电路
2 过流保护电路的设计
（1）电流传感器检测过流保护电路
* 电流信号检测电路
D
R
RS CS
US C
①脉冲电流前沿尖峰是由次
级整流二极管的反向恢复造成的 变压器次级暂时短路引起的。
②脉冲电流后沿尖峰是开关 管关断时的初级漏感和引线电感 造成的。
2 软启动过程
* 指电源启动时，使功率开关管的驱动脉宽从0开始缓慢地 展宽到额定输出电压时所对应的宽度。
3 软启动实现方法
* 软启动可利用电容的充电特性来实现。
* 供电时，基准电压UREF立刻 建立，但电容C的存在，使电压误 差放大器同相输入端电压从零逐渐 上升、使PWM脉冲宽度从零开始缓 慢展宽。
SS
PWM C 控制
5 软启动与输入浪涌电流抑制电路的关系
* 在输入滤波电容充电结束，限流电阻短路后，输出软启 动电路才开始工作。
五 过热保护 1 热敏电阻 2 温度开关
§4.4 热回路设计
一 半导体器件热设计的必要性
1 器件芯片最高允许结温的限制
器件芯片的温度超过结温，将引起器件电的或热的不稳定， 而导致器件的失效。