开关电源过流保护电路设计方案分析

发表时间:2019/6/13   来源:《知识-力量》2019年9月30期   作者:张柱佳
[导读] 电子产品与我们的生活密不可分,大到国家项目建设,小到居民日常生活,在现代电子产品中,开关电源属于重要供电设备,从需求上来说要具备良好的性能,更为重要的是要注重其自身的保护措施。为此,本文根据几种开关电源过流保护电路的设计方案进行分析,并简要介绍其工作原理。
(广东华美骏达电器有限公司)
摘要:电子产品与我们的生活密不可分,大到国家项目建设,小到居民日常生活,在现代电子产品中,开关电源属于重要供电设备,从需求上来说要具备良好的性能,更为重要的是要注重其自身的保护措施。为此,本文根据几种开关电源过流保护电路的设计方案进行分析,并简要介绍其工作原理。
关键词:开关电源;过流保护;电路;设计

 
             开关电源是日常生活中常见的电子产品,与我们的生活息息相关。电源开关在日常实际工作过程中,由于输出的电源超出额定负载或者在电流短路时,就会造成系统故障使其无法正常运行。针对这一生活中现象,为保证在发生故障后电源开关正常运行的安全性,就要求电路设计者对保护电路的问题进行合理设计。
            一、利用浪涌电流,对电路进行限制
            浪涌电流的产生,主要是在对电源开关进行加电时引起的,过高的浪涌电流存在一定的危险性,因此要将其控制在合理范围内,就需要借助软启动装置,这种装置主要应用于电源输入端,通过它,能有效地防止浪涌电流的出现。在对滤波电容充电时,极易产生浪涌电流,通过对开关管瞬时的导通,就极易导致较低的抗阻出现。因此在实际的电路运行中,要采取必要的措施,控制浪涌电流的数值,防止其不断增加,甚至达到上百A的现象。
            如图1所示,电容整流滤波电路是常见的开关电源输入方式,高、低频率的电容器常用在滤波电容C的选择上。在并联容量较高频的电容器承担充放电电流的情况下,才可以选用低频率的电容器。浪涌电流的冲击具有较大的危害性,为防止这一现象出现,就需要借助限流电阻RSC的力量,从图1中可以看到,串入在滤波与整流之间的部分就是RSC,通过RSC能让电容C的充电电流在合闸时受到限制。通过短路使RSC完成启动的方式有两种:一种是当电容C1的电压经过一段时间的积累后到达继电器T动作电压的标准,另一种是滤波电容C的电压经过一段时间的累计后符合预设的数值时,这两种情况下都易使RSC完成启动。
 
            图1整流滤波电路
            二、利用基极驱动电路,对电路进行限制
            通常来说,基极驱动电路的作用主要是用来分隔开关晶体管和控制电路的电源,将二者进行有效分离。如图2所示,对电路进行限制的方式主要是通过连接输出电路与限流电路,将输出电路与控制电路共地,当过量的输出电路或者在电路短路的情况下,利用增大R3两端的电压的同时又连通V1的方法,再通过对比比较器相反方向的基准电压,最终达到PWM被控制而信号中断的目的。
 
            图2利用基极驱动电路,对电路限流
            三、利用光电隔离器以及TL431保护电路
            这一设计方案不同于以上两种方案侧重于对电路的限制,该方案是为了对电路的器件以及与电路关系密切的核心芯片加以保护为最终目的。工作原理主要是开关管达到2 A的漏级电流时,能够通过自动停止脉宽的方式,调制芯片的脉宽输出,即可达到保护电路的目的。该设计在电阻和精度等问题的选择上有严格的要求:要以高精度的 2 Ω电阻,或是精度为 1/100两种精度作为R1选择的标准,以此同时,要以3 V 稳压二极管 1N4372A为D2 的选择标准,在此基础上,在开关管达到2 A的漏级电流时,保证光电隔离器 TLP521-1的发射极以及接收端依次被导通,再利用R2 上端通过100 Ω电阻形成的高电压的情况下导通TL431装置,致使因失去电力供给的脉宽调制芯片无法工作,最终实现电路以开关管得到有效保护的目的。如下图3所示,就可以很明显地看出,脉宽调制芯片会因为大电流消失而自行恢复供电功能,而电源也会恢复到以往正常工作的水平。
            
            图3过流保护电路
            四、利用继电器以及达林顿管保护电路
            本设计方案与利用光电隔离器以及TL431保护电路的设计目的一样,主要设计原理都是当开关管达到2 A的漏级电流时,能够通过自动停止脉宽的方式,调制芯片的脉宽输出,达到对电路的器件以及与电路关系密切的核心芯片加以保护为最终目的。与利用光电隔离器以及TL431保护电路的设计一样,在对电阻和精度等问题的选择上有严格的要求:R1 要以大于等于1/100的高精度0.7 Ω电阻为精度选择标准,目的是为了确保开关管达到2 A的漏级电流时能及时导通达林顿管Q2和12 V继电器,在此基础上,开关实现了由闭转为开的运行状态调整,进而导致因失去电力供给的脉宽调制芯片无法工作,最终实现关键运行电路和开关管被有效保护的目的。
            结束语:
            电力问题与我们的生活息息相关,是日常生活中不可或缺的一部分。开关电源作为重要的供电设备,其运行过程中的安全性和可靠性,是不能轻视的重要生产生活问题,为此,本文针对目前常见的几种开关电源设计方案以及工作原理的分析,希望能将其运用到具体的生活实践中来,确保日常生活的用电安全。
参考文献
[1]赵卫.开关电源的过流保护.[J]电子科技.2018(06).116-117.
[2]熊浩.开关电源过流保护电路设计.[J]江苏科技信息.2019(01).51-52
[3]孙靖舒.一种用于高压开关电源的高精度电流采样电路.[J]电子制作.2018(16).115-116.

作者简介:张柱佳(1991-),男,广东中山市人,助理工程师,本科,单位:广东华美骏达电器有限公司,研究方向:开关电源的开发与优化。
 
 
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