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高性能電源保護(hù)電路

發(fā)布時間:2011-12-02

中心議題:
  • 高性能電源保護(hù)電路
  • 理想的電源保護(hù)電路的特性
解決方案:
  • 對電源進(jìn)行在超額定條件下的設(shè)計、檢驗
  • 采用高性能電源保護(hù)電路

1電源保護(hù)電路

電子設(shè)備離不開電源,作為電源負(fù)載的眾多用電設(shè)備,對電源的要求也是千變?nèi)f化的。在實際的電子系統(tǒng)中,往往是工作于電源設(shè)備中的電子元器件要比工作于其它電子設(shè)備中的電子元器件的工作環(huán)境、工作條件、工作應(yīng)力更為苛刻、嚴(yán)格。因為電源在由它與負(fù)載所組成的整個電子系統(tǒng)中,不但要承受來自電網(wǎng)與外界的諸如:電壓跌落、浪涌與中斷、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲、電磁干擾、瞬變等等不良影響的考驗,而且還要經(jīng)受來自負(fù)載的諸如過流、短路、瞬變、過電壓等方面的嚴(yán)格考驗。因此對于電源產(chǎn)品的設(shè)計師來講,僅對電源進(jìn)行常規(guī)的輸入、輸出性能設(shè)計是不夠的。還要對電源進(jìn)行在超額定條件下(例如:強(qiáng)輻射、超壓、超溫、超載等)的設(shè)計、檢驗。只有這樣才能使電源在任何惡劣條件下都能安全、可靠地工作。為了達(dá)到這一目的,設(shè)計時必須考慮到在任何超額定條件下都能夠保護(hù)電源不致失效損壞的措施。

2理想的電源保護(hù)電路的特性

作為最理想的電源保護(hù)電路應(yīng)具有以下特性:

(1)在進(jìn)入超額定條件時,電源能安全地自動進(jìn)入自保護(hù)狀態(tài)。例如:輸入端的過電壓、欠電壓保護(hù);輸出端的過電壓、欠電壓保護(hù),過載、短路保護(hù),以及過熱保護(hù)。

(2)電源進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)期間,其功耗愈小愈好。

(3)電源進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)期間,電子元器件的工作應(yīng)力愈小愈好。使電源進(jìn)入睡眠狀態(tài)。睡眠狀態(tài)一般有兩種方式,第一種是工作于極窄的脈沖寬度狀態(tài),第二種是工作于完全關(guān)斷與極窄的脈沖寬度相交替的間歇狀態(tài)。從元器件應(yīng)力和電源功耗方面來講,最好是間歇工作狀態(tài)。從而保證即便電源長期處于保護(hù)狀態(tài)期間也不損傷電源壽命。

(4)保護(hù)電路具有自解除功能。即就是電源的保護(hù)狀態(tài)解除后,電源能夠從睡眠狀態(tài)被自動喚醒進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

(5)保護(hù)電路的構(gòu)成愈簡單愈好,最好無需再給保護(hù)線路另行提供電源。

(6)保護(hù)電路本身的功耗愈小愈好。從而保證電源的整體效率的提高。

3高性能電源保護(hù)電路

下面介紹一種較為完善的保護(hù)電路。線路圖如圖1所示:

T1為鑒流線圈,初級線圈以半匝串接入主振蕩管的D極(場效應(yīng)管)或C極(晶體三極管)。這樣接的最大好處在于:
 
圖1高性能保護(hù)電路圖
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(1)鑒流線圈能最大程度地感應(yīng)到主振蕩管電流的變化情況。

(2)T1鑒流線圈后級接法基本上是通用型PWM整流、濾波線路,它比一般鑒別電源總電流的方法又有如下好處:

①鑒流輸出功率大,易于后級的再處理。

②鑒流輸出的電壓VOP1隨電源輸入電壓變化較小,其值主要取決于振蕩管上的電流脈動波形的積分。這樣就對輸入電壓的低端與高端能得到基本相同的過流保護(hù)特性。

整個保護(hù)電路的工作過程如下;RW1為人工設(shè)定過流保護(hù)點(diǎn)的調(diào)節(jié)電位器;R5、R7、R10為正反饋電阻,用以設(shè)定保護(hù)點(diǎn)的閾值電壓;RT1為正溫度系數(shù)的熱敏電阻。電源正常工作時,VOP2VOP3,運(yùn)算放大器IC1A的輸出電壓VOP4等于其截止電壓約為02V左右,運(yùn)算放大器IC2A輸入端電壓VOP5VOP3,VOUT等于其截止電壓約為02V左右,通過電阻將其接于UC2525A的10腳,此電平足以保證電路正常工作。一旦輸出出現(xiàn)過載或短路現(xiàn)象時,VOP2>VOP3,運(yùn)算放大器IC1A的輸出電壓VOP4變高等于運(yùn)放最大輸出電壓幅度約為VCC-2V左右,此時電源馬上給電容C3充電,使運(yùn)算放大器IC2A輸入端VOP5VOP3,VOUT變高,此電平足以保證電路UC2525A完全關(guān)閉,使電源進(jìn)入停止工作期。在此期間,鑒流輸出電壓VOP1為零,VOP2VOP3運(yùn)算放大器IC1A的輸出電壓VOP4又將等于其截止電壓約為02V左右,此時因為電容C3上的電壓VOP5不能突變,必須通過電阻R1放電,R1、C3取值較大,通過改變R1或C3的值來調(diào)節(jié)停止工作期的時間,只有當(dāng)VOP5放電到VOP5調(diào)節(jié)R1、C3值,使T2T1,保證電源在真正意義上進(jìn)入睡眠狀態(tài)。從電路分析可以看到,因為有了R1、D5、C3組成的充、放電回路,通過二極管D5充電快而放電慢,加之R5、R7正反饋電阻設(shè)定閾值,從而保證VOUT的輸出狀態(tài)只有兩種,高電平或低電平。如果沒有R1、D5、C3組成的充、放電回路,則T2約等于T1,對UC2525A的10腳電壓來說將出現(xiàn)0.6V~0.8V左右頻繁變化,將使電源處于頻繁的起動與關(guān)閉狀態(tài),對振蕩管極為不利,也最容易損壞功率管。

借助上述電路我們可以很容易地構(gòu)成,輸入過、欠壓保護(hù),輸出過、欠壓保護(hù),以及過熱保護(hù)。在此僅以附加過熱保護(hù)為例,說明如下:如圖1所示,過熱保護(hù)線路是由IC3A及其周邊元件組成。當(dāng)電源的溫度沒有超過設(shè)定溫度時,Vot1<Vot2,運(yùn)放IC3A的輸出電壓Vot3為低電平,由于有二極管D6的存在,此時IC3A的輸出電壓Vot3不會影響到VOP2的電壓,也就是說在過熱保護(hù)線路未起作用時,它不會影響到上述的過流保護(hù)線路的性能。當(dāng)電源的溫度超溫時Vot1>Vot2,運(yùn)放IC3A的輸出電壓Vot3變?yōu)楦唠娖?,通過二極管D6,使VOP2的電壓升高,從而觸發(fā)過流保護(hù)線路使電源進(jìn)入停止工作期。只有當(dāng)電源溫度降低到超溫保護(hù)點(diǎn)以下時,電源才能重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。依此類推可以構(gòu)成其它輸入輸出過、欠壓保護(hù)線路。在此不再贅述。

根據(jù)上述設(shè)計原則,同樣可以類推到諸如由F494、F3825A、F384X系列、F3524等等幾乎所有PWM型芯片所組成的各種電路形式。

4結(jié)語
 
圖2UC2525A推動級的工作波形圖

從近年來的生產(chǎn)實踐中得知,如果將上述保護(hù)電路與主振蕩管隔離驅(qū)動器結(jié)合使用,則可以最大程度地保護(hù)振蕩管免遭損壞,從而達(dá)到令人滿意的電源安全保護(hù)效果。上述方法已長期應(yīng)用到了本廠所生產(chǎn)的500W大功率AC/DC電源產(chǎn)品中,使產(chǎn)品性能完全達(dá)到了國外同類型產(chǎn)品的性能指標(biāo)。
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