開關電源過流保護電路設計分析
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了開關電源過流保護電路設計分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
1開關電源過流保護電路設計研究方案
1.1基于繼電器電源過流保護電路設計
繼電器作為一種過電控制器件是開關電源過流保護設計中的重要組成部分。繼電器就是將電路中多余的電流儲存和變化的電器，通過這樣的控制系統(tǒng)可以很好的保護電路中電流的大小，起到自動調節(jié)、轉換電路的作用。繼電器在使用過程中往往和光電隔離器、達林頓管一起使用，這樣可以加強開關電源保護裝置的保護效果。當光電隔離器和繼電器一起使用時主要是針對開關管的漏級電流達到2A的時候，自動停止脈寬輸出，保護電路核心芯片和器件的目的。因此電阻需選擇高精度的電阻，這樣能準確的保證電流一旦超過2A光電隔離器就迅速接通保護電路，同樣一旦電流降低到2A以下，脈寬又會重新啟動恢復自動供電，電源重新正常工作?；谶_林頓管和繼電器的過流保護電路設計與光電隔離器的效果差不多同樣也是阻斷電流過大的情況出現(xiàn)，雖然本次設計采用繼電器作為開斷器件，存在著開斷速度慢，對電流的沖擊存在影響但是仍然具有可靠、穩(wěn)定的優(yōu)點。
1.2基于IGBT的Vce過流保護電路設計
利用IGBT過流時Vce增大的原理進行的保護電路，用于專用驅動器EXB841。EXB841內部電路能很好的完成降柵極電壓和軟關斷，并具有內部延時功能，以消除干擾產生的誤動作。含有IGBT過流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極，而是經快恢復二極管VD1，通過比較器U1B輸出接至EXB841的6腳，其目的是為了消除VD1正向壓降隨電流不同而異，采用閾值比較器，提高電流檢測的準確性。如果發(fā)生過流，驅動器EXB841的低速切斷電路慢速關斷IGBT，以避免集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器件。
2短路保護電路
開關電源同其它電子裝置一樣，短路是最嚴重的故障，短路保護是否可靠，是影響開關電源可靠性的重要因素。IGBT兼有場效應晶體管輸入阻抗高、驅動功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓降低的特點，是目前中、大功率開關電源普遍使用的開關器件。IGBT能夠承受的短路時間取決于它的飽和壓降和短路電流的大小，一般僅為幾微妙至幾十微妙。短路電流過大不僅使短路承受時間縮短，而且使關斷時電流下降率di/dt過大，由于漏感及引線電感的存在，導致IGBT集電極過電壓，該過電壓可使IGBT鎖定失效，同時高的過電壓會使IGBT擊穿。因此，當出現(xiàn)短路過流時，必須采取有效的保護措施。為了實現(xiàn)IGBT的短路保護，則必須進行過流檢測。適用IGBT過流檢測的方法，通常是采用霍爾電流傳感器直接檢測IGBT的電流Ic，然后與設定的閾值比較，用比較器的輸出去控制驅動信號的關斷；或者采用間接電壓法，檢測過流時IGBT的電壓降Vce，因為管壓降含有短路電流信息，過流時Vce增大，且基本上為線性關系，檢測過流時的Vce并與設定的閾值進行比較，比較器的輸出控制驅動電路的關斷。在短路電流出現(xiàn)時，為了避免關斷電流的di/dt過大形成過電壓，導致IGBT鎖定無效和損壞，以及為了降低電磁干擾，通常采用軟降柵壓和軟關斷綜合保護技術。在設計降柵壓保護電路時，要正確選擇柵壓下降幅度和速度，如果柵壓下降幅度大，柵壓下降速度不易過快，一般可采用2us下降時間的軟降柵壓，由于柵壓下降幅度大，集電極電流較小，在故障狀態(tài)封鎖柵極可快些，不必采用軟關斷；如果柵壓下降幅度較小，降柵速度可快些，而封鎖柵壓的速度必須慢，即采用軟關斷，以避免過電壓發(fā)生。為了使電源在短路故障狀態(tài)不中斷工作，又能避免在原工作頻率下連續(xù)進行短路保護產生熱積累而造成IGBT損壞，采用降柵壓保護即可不必在一次短路保護立即封鎖電路，而使工作頻率降低（比如1Hz左右），形成間歇“打嗝”的保護方法，故障消除后即恢復正常工作。
2.1過載保護電路
開關電源所帶的負載輸出電壓是有限的，因此如果發(fā)生輸出一側所帶負載電壓遠遠大于電源設計的所允許的最大電流時，就需要在開關電源過流保護電路加入過載保護裝置了，從而進一步保護電路不被大電流損害的目的。設計過載保護電路時首先是運用了一個兩級運算放大器作為主體，第一階段使用一種特殊的差動放大電路，電阻值可以設置在1k左右不需要設置得很大，這樣保證電壓輸入的平穩(wěn)，第二階段的電阻值升高到324k，這時電壓就會升高輸出高電平，這樣的設計一旦出現(xiàn)同一方向的輸入電壓高于參考電壓就出觸發(fā)OCP信號對電路進行過載保護。通過這樣的過載保護電路方法電阻值可根據(jù)檢測到的輸出電流改變，可變電阻器的大小主要有負載極值控制。過載保護電路得到廣泛運用主要是因為在不同的電源產品中，過載保護點有可能會不一樣，可變電阻可以很好的將保護電路運用到不同的電源產品中。只需改變過載保護點就可以廣泛的運用過載保護電路了。
2.2過電壓保護電路
輸出過電壓保護在開關穩(wěn)壓電源中是至關重要的。特別對輸出為5V的開關穩(wěn)壓器來說,它的負載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時,開關穩(wěn)壓器的開關三極管突然損壞,輸出電壓就可能立即升高到輸入未穩(wěn)壓直流電源的電壓值,瞬時造成器件被擊穿。常用的方法是晶閘管短路保護。最簡單的過電壓保護電路如圖4所示，當輸出電壓過高時,穩(wěn)壓管被擊穿,觸發(fā)晶閘管導通,把輸出端短路造成過電流,通過保險絲或電路保護器將輸入切斷,保護負載。這種電路的響應時間相當于晶閘管的開通時間，約為5～10us。它的缺點是動作電壓是固定的,溫度系數(shù)大,動作點不穩(wěn)定。另外,穩(wěn)壓管存在著參數(shù)的離散性,型號相同但過電壓起動值卻各不相同,給調試帶來了困難。
3結語
本文充分介紹了電源過流電路設計方案和特點以及一些常見的開關電源過流保護方法，供電路設計者參考尋找出更加適合開關電源過流保護設計的方案來充分保護過流電路。近年來，開關電源應用廣泛，因此在對開關電源過流電路保護設計中要進行高要求的可靠性研究來保證開關電源的可靠性。一旦開關電源出現(xiàn)了故障，保護電路可以保護電源故障不對電子產品進行更進一步的損傷，如果電源保護裝置一旦出現(xiàn)故障就會引起電子產品的進一步損壞甚至更嚴重的后果，因此過流保護功能一定要完善。
參考文獻
[1]馬健.開關電源過電流保護電路設計研究[J].中國設備工程,2019(15):123-124.
[2]熊浩.開關電源過流保護電路設計[J].江蘇科技信息,2019,36(01):49-51+62.
[3]李艷麗.開關電源中保護電路的研究與設計[D].西南交通大學,2015.
[4]楊靖,馮全源.一種恒定導通時間的開關電源過流保護電路設計[J].微電子學,2014,44(03):313-316.
[5]于月森.本質安全型開關電源基礎理論與應用研究[D].中國礦業(yè)大學,2012.
作者：呂祥 韓耀鋒 郭建 張博倫 孫強 郭俊超 侯風乾 李龍驤 單位：西安應用光學研究所