開關電源安全保護電路剖析

如圖7 所示為恒流過流保護電路. 電路中R1和R2 對VR 進行分壓, 電阻R2 上分得的電壓VR2= VR[ R2/ ( R1+ R2) ] 負載電流I0, 測電阻RS 上的電壓VS= I0RS, 電壓VS 和VR2 進行比較, 如果VS>VR2,A 輸出控制信號, 使脈沖信號頻率變化, 使輸出電壓下降, 輸出電流I0 減小。

圖8 是常見的光電耦合器驅(qū)動過流保護電路,其工作原理: 當輸出電流過大時, RS 兩端電壓上升,IC2② 腳電壓高于③腳基準電壓, IC2 輸出高電壓,V1 導通, 光電耦合器IC1 發(fā)生光電效應, 使振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化, 從而控制開關管的脈沖信號的寬度( 或頻率) 發(fā)生變化, 使得輸出電壓降低, 達到輸出過載限流的目的。

2. 3 存在不足

檢測電阻RS 總是串在電路中, 若檢測電阻RS值取得較小, 電路保護反應速度不快, 精度也不太高, 若檢測電阻RS 值取得太大, 功耗就會明顯增加, 檢測電阻RS 存在著無功損耗而降低開關電源的效率. 為減小檢測電阻RS 的無功損耗, 將采取檢測信號放大等電路, 提高保護電路的反應速度、精度。

3 過壓保護電路剖析

開關電源電路過壓分為電源外因過壓和內(nèi)因過壓, 它們都會使電子設備工作異?；驘龤щ娮釉O備的器件. 電源外因過壓主要有錯接入380 V 的電壓;內(nèi)因過壓主要來自開關電源本身電路異常或元器件損壞( 失去穩(wěn)壓控制) 使輸出電壓過高. 最常見的過壓保護電路有斷路法和開關管截止法。

3. 1 斷路法過壓保護

外因過壓主要來自工頻電網(wǎng)電壓過高, 如因錯接入380 V 的電壓, 如圖9 是一個用繼電器J 關斷電路起保護的電路. 當交流電源正常時, 通過穩(wěn)壓管VS 的電流很小, IRR VbeQ, 因而三極管V 截止, 繼電器J 處于常閉( 導通) 狀態(tài). 因某種原因交流電源高于正常狀態(tài)值時, 通過穩(wěn)壓管VS 的電流很大,IRR> VbeQ, 導致三極管V( 飽和) 導通, 繼電器J 動作, 切斷輸入電路, 從而達到保護開關電源電路及負載電路. 當交流電源恢復正常時, 三極管V 截止, 繼電器J 處于常閉( 導通) 狀態(tài). 優(yōu)點是能自動恢復供電, 缺點是穩(wěn)定性差, 繼電器J 的體積較大。

3. 2 開關管截止法過壓保護

開關電源本身電路異?；蛟骷p壞( 失去穩(wěn)壓控制) 使輸出電壓過高. 如圖10 所示是用可控硅驅(qū)動的過壓保護電路. 在正常的電壓輸出情況下,T803 第3 繞組中上端正、下端負的電壓經(jīng)R1、R2 分壓后不能使VD 擊穿導通, 可控硅V2 也截止, 保護電路不動作. 因某原因開關管V1 失去穩(wěn)壓控制, 輸出電壓異常升高, 高頻變壓器T 第3 繞組電壓經(jīng)R1、R2 分壓后將超過VD 的擊穿電壓值, 使VD 擊穿并引起可控硅V2 觸發(fā)導通. 可控硅V2 觸發(fā)后, 使電容C 上端接地, 并使開關管V1 迅速截止. 高頻變壓器T 第3 繞組電壓經(jīng)整流后, 能使穩(wěn)壓電路輸出減弱振蕩控制信號, 進一步使開關管V1 加速截止.保護電路動作后, 由于整流濾波后的直流電壓經(jīng)R3給可控硅V2 的A 極供電, 所以V2 將一直導通下去, 直到故障排除后再次開機,V2 才截止。

如圖11 所示是用光電耦合器驅(qū)動的過壓保護電路. 其中, 光電耦合器IC1 在開關電源中起兩個作用. 一是實現(xiàn)固態(tài)繼電器; 另一個作用是對輸入與輸出進行了隔離。

當輸出電壓超過正常值時, 在誤差比較放大器IC2 的驅(qū)動下, 使光電耦合器IC1 內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光, 進而使IC1 光電耦合器的內(nèi)部光敏三極管飽和導通, 于是開關管V 脈沖電流被光敏三極管短路,所以開關管V 迅速截止. 保護電路動作后, 由于副電源直流電壓可控硅的A 極供電, 所以可控硅將一直導通下去, 光敏三極管也一直飽和導通, 直到再次開機。

3. 3 存在不足

由于開關管截止, 沒有輸出電壓. 但當輸入接錯線而引入380 V 的電壓時, 其濾波電容、開關管等元件所加的電壓仍然為380 V, 若這些元件的耐壓不夠而損壞。

4 實際電路分析

如圖12 為一個實際開關電源電路. 220 V 的交流電經(jīng)整流濾波后得到約300 V 的直流電壓, 再經(jīng)T3 的5、1 端繞組加到V3( 大功率開關管) 集電極.L22、L23 可延續(xù)脈沖電流對V3 電極的沖擊, C23、C24 可吸收V3 集電極尖峰脈沖, 以防止V3 擊穿損壞.T3 的9、7 端繞組為正反饋繞組, 其反饋電勢經(jīng)R26、C19 耦合到V3 基極, 從而使V3 產(chǎn)生自激振蕩,振蕩頻率為30- 60 kHz. VD39 為正反饋耦合電容C19 提供放電回路, 同時又將V3 在截止期的b- e極反向電壓限制在0. 7 V, 以防止V3 的b- e 擊穿。

V20 為恒流驅(qū)動管, T3 的8、7 端繞組電勢經(jīng)VD20 整流和C21 電容濾波后建立約8 V 左右的直流電壓, 該電壓經(jīng)R22 給V20 集電極供電. 在開關管V3 飽和期間, T3 的9 端的電勢經(jīng)R23 使V20 導通, 因此V20 是為V3 提供恒流驅(qū)動電流, 其大小由R22 阻值決定, 恒流驅(qū)動使開關電源交流輸入電壓范圍擴大至90- 270 V。

V21 有兩個作用, 第一是過壓保護, 當C21 兩端的電壓由正常值8 V 上升到10 V 時. VD44 擊穿導通, 并引起V21 導通,V3 基極激勵電流被V21 的ce極所短路, 使開關管V3 處于截止狀態(tài)而被保護.第二個作用是對V3 導通進行延時控制. 在V3 截止期間,T3 的8 端正電勢、7 端的負電勢經(jīng)VD43 給C33 充電, 當V3 由截止狀態(tài)向飽和狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時, C33所充電壓將維持V21 再導通一段時間, 在此期間內(nèi),V21 對V3 基極的激勵電流進行分流, 也就是將V3 的導通延時了一段時間, 此時V3 集電極電壓已下降至低點, 以減小V3 由截止向飽和狀態(tài)翻轉(zhuǎn)瞬間產(chǎn)生的功率損耗。

V38 是欠壓保護控制管, 首先是T3 的7 端為正電勢、9 端為負電勢并經(jīng)VD24 整流在C26 上建立約- 10 V 直流電壓, 此- 10 V 電壓經(jīng)R69、R67 加到V38 的基極. 另外, 300V 電壓經(jīng)R68 也加到V38 基極. 當輸入交流電壓低于110 V 時, 也就是說整流、濾波后得到的直流電壓從300 V 降低至150V 以下,此時V38 基極電位也降低, 于是V38 導通, 然后引起V24、V22 導通,V3 基極激勵電流被V22 旁路, 使開關管V3 處于截止狀態(tài)而起保護。

V25 是過流保護控制管, R39 是開關管V3 的過流檢測電阻, R39 上的過流壓降經(jīng)R33 加到V25 基極, 使V25 導通后引起V22 導通, 因而開關管V3 由于過流而被處于截止狀態(tài)。