開關電源工程師必知的幾種保護電路

　　隨著科學技術的發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，因此直流開關電源開始發(fā)揮著越來越重要的作用，并相繼進入各種電子、電器設備領域。但是由于開關電源中控制電路比較復雜，晶體管和集成器件耐受電、熱沖擊的能力較差，在使用過程中給用戶帶來很大不便。為了保護開關電源自身和負載的安全，根據(jù)了直流開關電源的原理和特點，設計了過熱保護、過電流保護、過電壓保護以及軟啟動保護電路。

　　文中主要討論了直流開關電源內部器件的各種保護方式，并介紹了一些具體電路.對一個給定的直流開關電源來說，保護電路是否完善并按預定設置工作，對電源裝置的安全性和可靠性至關重要。因為開關電源的保護方案和電路結構具有多樣性，所以對具體電源裝置而言，應選擇合理的保護方案和電路結構。在實際應用中，通常選用幾種保護方式加以組合的方式構成完善的保護系統(tǒng)，確保直流開關電源的正常工作。

　　1 開關電源的原理及特點

　　1.1 工作原理

　　直流開關電源由輸入部分、功率轉換部分、輸出部分、控制部分組成.功率轉換部分是開關電源的核心，它對非穩(wěn)定直流進行高頻斬波并完成輸出所需要的變換功能。它主要由開關三極管和高頻變壓器組成.圖1畫出了直流開關電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器，開關管 V ，激勵信號，續(xù)流二極管 Vp ，儲能電感和濾波電容 C 組成.實際上，直流開關電源的核心部分是一個直流變壓器。

　　1.2 特點

　　為了適應用戶的需求，國內外各大開關電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是通過改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體( Mn-Zn )材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能，同時SMT 技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄.因此直流開關電源的發(fā)展趨勢是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。

　　直流開關電源的缺點是存在較為嚴重的開關干擾，適應惡劣環(huán)境和突發(fā)故障的能力較弱.由于國內微電子技術、阻容器件生產技術以及磁性材料技術與一些技術先進國家還有一定的差距，因此直流開關電源的制作技術難度大、維修麻煩和造價成本較高。　　2 直流開關電源的保護

　　基于直流開關電源的特點和實際的電氣狀況，為使直流開關電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，本文根據(jù)不同的情況設計了多種保護電路。

　　2.1 過電流保護電路

　　在直流開關電源電路中，為了保護調整管在電路短路、電流增大時不被燒毀.其基本方法是，當輸出電流超過某一值時，調整管處于反向偏置狀態(tài)，從而截止，自動切斷電路電流.如圖 2 所示，過電流保護電路由三極管 BG2和分壓電阻 R4 、 R5 組成。電路正常工作時，通過 R4 與 R5 的分壓作用，使得 BG2 的基極電位比發(fā)射極電位低，發(fā)射結承受反向電壓。于是 BG2 處于截止狀態(tài)(相當于開路)，對穩(wěn)壓電路沒有影響。當電路短路時，輸出電壓為零，BG2 的發(fā)射極相當于接地，則 BG2 處于飽和導通狀態(tài)(相當于短路)，從而使調整管 BG1 基極和發(fā)射極近于短路，而處于截止狀態(tài)，切斷電路電流，從而達到保護目的。

　　2.2 過電壓保護電路

　　直流開關電源中開關穩(wěn)壓器的過電壓保護包括輸入過電壓保護和輸出過電壓保護。如果開關穩(wěn)壓器所使用的未穩(wěn)壓直流電源(諸如蓄電池和整流器)的電壓如果過高，將導致開關穩(wěn)壓器不能正常工作，甚至損壞內部器件，因此開關電源中有必要使用輸入過電壓保護電路.圖 3 為用晶體管和繼電器所組成的保護電路，在該電路中，當輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過電阻 R ，使晶體管T導通，繼電器動作，常閉接點斷開，切斷輸入。輸入電源的極性保護電路可以跟輸入過電壓保護結合在一起，構成極性保護鑒別與過電壓保護電路.。

　　2.3 軟啟動保護電路

　　開關穩(wěn)壓電源的電路比較復雜，開關穩(wěn)壓器的輸入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機瞬間，濾波電容器會