【導(dǎo)讀】1. 1、Introduction. 2、polarityprotection. 2

　　

【正文】 外情況會(huì)將其極性接錯(cuò) ,將損壞開關(guān)穩(wěn)壓電源。極性保護(hù)的目的 ,就是使開關(guān)穩(wěn)壓器僅當(dāng)以正確的極性接上未穩(wěn)壓直流電源時(shí)才能工作。 利用單向?qū)ǖ钠骷梢詫?shí)現(xiàn)電源的極性保護(hù)。最簡(jiǎn)單的極性保護(hù)電路如圖 1 所示。由于二極管 D 要流過(guò)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入總電流 ,因此這種電路應(yīng)用在小功率的開關(guān)穩(wěn)壓器上比較合適。在較大功率的場(chǎng)合 ,則把極性保護(hù)電路作為程序保護(hù)中的一個(gè)環(huán)節(jié) ,可以省去極性保護(hù)所需的大功率二極管 ,功耗也將減小。為了操作方便 ,便于識(shí)別極性正確與否 ,在 二極管之后接指示燈。 程序保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路比較復(fù)雜 ,基本上可以分為小功率的控制部分和大功率的開關(guān)部分。開關(guān)晶體管則屬大功率，為保護(hù)開關(guān)晶體管在開啟或關(guān)斷電源時(shí)的安全 ,必須 8 先讓調(diào)制器、放大器 等小功率的控制電路工作。為此 ,要保證正確的開機(jī)程序。開關(guān)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(jī)瞬間 ,濾波電容器會(huì)流過(guò)很大的浪涌電流 ,這個(gè)浪涌電流可以為正常輸入電流的數(shù)倍。這樣大的浪涌電流會(huì)使普通電源開關(guān)的觸點(diǎn)或繼 電器的觸點(diǎn)熔化 ,并使輸入保險(xiǎn)絲熔斷。另外 ,浪涌電流也會(huì)損害電容器 ,使之壽命縮短 ,過(guò)早損壞。為此 ,開機(jī)時(shí)應(yīng)該接入一個(gè)限流電阻 ,通過(guò)這個(gè)限流電阻來(lái)對(duì)電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過(guò)多的功率，以致影響開關(guān)穩(wěn)壓器的正常工作 ,而在開機(jī)暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，用一個(gè)繼電器自動(dòng)短接它 ,使直流電源直接 對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓器供電。這種電路稱之謂開關(guān)穩(wěn)壓器的 “ 軟啟動(dòng) ” 電路。 開關(guān)穩(wěn)壓器的控制電路中的邏輯組件或者運(yùn)算放大器需用輔助電源供電。為此 ,輔助電源必須先于 開關(guān)電路工作。這可用開機(jī)程序控制電路來(lái)保證。一般的開機(jī)程序是 :輸 入電源的極性鑒別 ,電壓保護(hù) → 開機(jī)程 序電路工作 → 輔助電源工作并通過(guò)限流電阻 R 對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入電容器 C充電 → 開關(guān)穩(wěn)壓器的調(diào)制電路工作，短路限流電阻→ 開關(guān)穩(wěn)壓器 穩(wěn)定工作。 在開關(guān)穩(wěn)壓器中 ,剛開機(jī)時(shí) ,因?yàn)槠漭敵鲭娙萑萘看?,充到額定輸出電壓值需要一定時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi) ,取樣放大器輸入低的輸出電壓 采樣 ,根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)節(jié)特性將迫使開關(guān)三極管的導(dǎo)通時(shí)間加長(zhǎng) ,這樣一來(lái) ,開關(guān)三極管就會(huì)在這段期間內(nèi)趨于連續(xù)導(dǎo)通 ,而容易損壞。為此 ,要求在開機(jī)這一段時(shí)間內(nèi) ,開關(guān)調(diào)制電路輸出給開關(guān)三極管基極的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，能保證開關(guān)三極管由截止逐漸趨于正常的開關(guān)狀態(tài)，故而要加設(shè)開機(jī)保護(hù)以配合軟啟動(dòng)。 過(guò)電流保護(hù) 當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過(guò)載或者控制電路失效等意外情況時(shí) ,會(huì)引起流過(guò)穩(wěn)壓器中開關(guān)三極管的電流過(guò)大，使管子功耗增大 ,發(fā)熱 ,若沒(méi)有過(guò)流保護(hù)裝置 ,大功率開關(guān)三極管就有可能損壞。故而在開關(guān)穩(wěn)壓器中過(guò)電流保護(hù)是常用的。最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便 的方法是用保險(xiǎn)絲。由于晶體管的熱容量小 ,普通保險(xiǎn)絲一般不能起到保護(hù)作用 ,常用的是快速熔斷保險(xiǎn)絲。這種方法具有保護(hù)容易的優(yōu)點(diǎn)，但是 ,需要根據(jù)具體開關(guān)三極管的安全工作區(qū)要求來(lái)選擇保險(xiǎn)絲的規(guī)格。這種過(guò)流保護(hù)措施的缺點(diǎn)是帶來(lái)經(jīng)常更換保險(xiǎn)絲的不便。 在線性穩(wěn)壓器中常用的限流保護(hù)和電流截止保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓器中均能應(yīng)用。但是 ,根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn) ,這種保護(hù)電路的輸出不能直接控制開關(guān)三極管 ,而必須使過(guò)電流保護(hù)的輸出轉(zhuǎn)換為脈沖指令 ,去控制調(diào)制器以保護(hù)開關(guān)三極管。為了實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中 ,這會(huì)影響電源的 效率 ,因此多用于小功率開關(guān)穩(wěn)壓器的場(chǎng)合。而在大功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源中 ,考慮到功耗，應(yīng)盡量避免取樣電阻的接入。因此 ,通常將過(guò)電流保護(hù)轉(zhuǎn)換為過(guò)、欠電壓保護(hù)。 9 過(guò)電壓保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓器的過(guò)電壓保護(hù)包括輸入過(guò)電壓保護(hù)和輸出過(guò)電壓保護(hù)。開關(guān)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(guò)高 ,使開關(guān)穩(wěn)壓器不能正常工作 ,甚至損壞內(nèi)部器件 ,因此 ,有必要使用輸入過(guò)電壓保護(hù)電路。 在該電路中，當(dāng)輸入直流電源的電壓高于穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓值時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過(guò)電阻 R， 使晶體管 V 導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，常閉接點(diǎn)斷開，切 斷輸入。其中穩(wěn) 壓管的穩(wěn)壓值 Vz=ESrmax－ UBE。輸入 電源的極性保護(hù)電路可以跟輸入過(guò)電壓保護(hù)結(jié)合在一起 ,構(gòu)成極性 保護(hù)鑒別與過(guò)電壓保護(hù)電路。 輸出過(guò)電壓保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)重要的。特別對(duì)輸出為 5V 的開關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō) ,它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時(shí) ,開關(guān)穩(wěn)壓器的開關(guān)三極管突然損壞 ,輸出電位就可能立即升高到輸入未穩(wěn)壓直流電源的電壓值 ,瞬時(shí)造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護(hù)。當(dāng)輸出電壓過(guò)高時(shí) ,穩(wěn)壓管被擊穿 ,觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通 ,把輸出端短路 ,造成過(guò)電流 ,通過(guò)保險(xiǎn)絲或電路保護(hù)器將輸入 切斷 ,保護(hù)了負(fù)載。這種電路的響應(yīng)時(shí)間相當(dāng)于晶閘管的開通時(shí)間，約為 5～ 10μs 。它的缺點(diǎn)是動(dòng)作電壓是固定的，溫度系數(shù)大，動(dòng)作點(diǎn)不穩(wěn)定。另外，穩(wěn)壓管存在著參數(shù)的離散性，型號(hào)相同但過(guò)電壓起動(dòng)值卻各不相同，給調(diào)試帶來(lái)了困難。 欠電壓保護(hù) 輸出電壓低于規(guī)定值時(shí)，反映了輸入直流電源、開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部或者輸出負(fù)載發(fā)生了異常。輸入直流電源電壓下降到規(guī)定值之下時(shí)，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓跌落，輸入電流增大，既危及開關(guān)三極管，也危及輸入電源。因此，要設(shè)欠電壓保護(hù)。簡(jiǎn)單的欠電壓保護(hù)如圖 6所示。 當(dāng)未穩(wěn)壓輸入的電壓值正常時(shí) ，穩(wěn)壓管 ZD 擊穿，晶體管 V導(dǎo)通，繼電器動(dòng)作，觸點(diǎn)吸合，開關(guān)穩(wěn)壓器加電。當(dāng)輸入低于所允許的最低電壓值時(shí)，穩(wěn)壓管 ZD 不通， V 截止，觸點(diǎn)跳開，開關(guān)穩(wěn)壓器不能工作。開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部，由于控制電路失?；蛘唛_關(guān)三極管失效會(huì)使輸出電壓下降；負(fù)載發(fā)生短路也會(huì)使輸出電壓下降。特別在升壓型或反相升壓型的直流開關(guān)穩(wěn)壓器中欠電壓的保護(hù)是跟過(guò)電流保護(hù)緊密相關(guān)的，因而更加重要。實(shí)現(xiàn)方法是在開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出端接電壓比較器。 正常時(shí)，比較器沒(méi)有輸出，一旦電壓跌落在允許值之下比較器就翻轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)告警電路 。同時(shí)反饋到開關(guān)穩(wěn)壓器的控制電路，使開關(guān)三 極管截止或切斷輸入電源。 過(guò)熱保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內(nèi)的功率密度大大提高，電源裝置內(nèi)部的元器件對(duì)其工作環(huán)境溫度的要求也相應(yīng)提高。否則，會(huì)使電路性能變 10 壞，元器件過(guò)早失效。因此在大功率開關(guān)穩(wěn)壓器中應(yīng)該設(shè)過(guò)熱保護(hù)。 采用溫度繼電器來(lái)檢測(cè)電源裝置內(nèi)部的溫度，當(dāng)電源裝置內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)熱時(shí)，溫度繼電器就動(dòng)作，使整機(jī)告警電路處于告警狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的過(guò)熱保護(hù)。亦可將溫度繼電器置于開關(guān)三極管的附近，一般大功率管允許的最高管殼溫度是 75℃ ，調(diào)節(jié)溫度整定值為 60℃ 。當(dāng)管殼溫度超過(guò)允許值后繼電器 就切斷電器，對(duì)開關(guān)管進(jìn)行保護(hù)。半導(dǎo)體熱敏開關(guān)器件 “ 熱晶閘管 ” 在超溫保護(hù)方面有重要作用。它可以用作溫度指示電路。根據(jù) p型控制柵熱晶閘管 (TT102)的特性，由 RT 值確定該器件的導(dǎo)通溫度， RT越大，導(dǎo)通溫度越低。 當(dāng)將其放置功率開關(guān)三極管附近，或在電源裝置內(nèi)時(shí)，它就能起到溫度指示作用。當(dāng)功率管的管殼溫度或者裝置內(nèi)部的溫度超過(guò)允許值時(shí)，熱晶閘管就導(dǎo)通，使發(fā)光二極管發(fā)亮告警。倘若配合光電耦合器，就可使整機(jī)告警電路動(dòng)作，保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器。它亦可以用作功率晶體管的過(guò)熱保護(hù)，晶體開關(guān)管的基極電流被 n 控制柵型熱晶閘管TT201 旁路，開關(guān)管截止，切斷集電極電流 ,防止過(guò)熱。 結(jié)語(yǔ) 以上分別討論了在開關(guān)穩(wěn)壓器中的各種保護(hù)方式 ,并介紹了一些具體實(shí)現(xiàn)的方法。對(duì)一個(gè)給定的開關(guān)穩(wěn)壓電源來(lái)說(shuō)，還應(yīng)從整機(jī)保護(hù)方面考慮以下幾點(diǎn)： （ 1） 把開關(guān)穩(wěn)壓器中所應(yīng)用的開關(guān)三極管限制在直流安全工作區(qū)域之內(nèi)工作。對(duì)于選定的開關(guān)三極管 ,由晶體管手冊(cè)可查得其直流安全工作區(qū)。根據(jù)集電極電流的最大值來(lái)確定輸入過(guò)電流的保護(hù)值。但是 ,這個(gè)瞬時(shí)最大值應(yīng)轉(zhuǎn)換為電流的平均值。在額定輸出電流與輸出電壓的條件下 ,開關(guān)管的動(dòng)態(tài)負(fù)載線不超過(guò)直流安全工作區(qū)的最大輸入電壓 ,就是輸入 過(guò)電壓保護(hù)的電壓值。 （ 2） 把開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出限制在所給定的技術(shù)指標(biāo)之內(nèi)。在所要求的工作溫度范圍內(nèi) ,開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓的上、下限就是輸出過(guò)、欠電壓保護(hù)的電壓值。過(guò)電流保護(hù)則可根據(jù)最大輸出電流來(lái)確定。為了不誤告警 ,保護(hù)值應(yīng)適當(dāng)留一定的余量。 （ 3） 由以上兩點(diǎn)確定保護(hù)方式之后 ,再根據(jù)電源裝置的需要來(lái)確定告警措施。一般告警措施有聲警和光警兩種。聲警適用于整機(jī)比較復(fù)雜、電源部分又裝在不顯眼的地方 ,它可以給工作人員以有效的故障告警 。光警可以醒目地指示故障告警并指出故障發(fā)生的部位和類型。保護(hù)措施要視所保護(hù)的部位來(lái)確定 。在大功率 ,多路電源的場(chǎng)合 ,總是用交、直流斷路器 ,高靈敏繼電器等構(gòu)成自動(dòng)保護(hù)措施 ,切斷電源的輸入使系統(tǒng)停止工作 ,免受損害。通過(guò)邏輯控制 電路使相應(yīng)的開關(guān)三極管截止的方案顯得既靈敏方便又經(jīng)濟(jì)。這樣可以省去體積大 ,響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng) ,價(jià)格貴的大功率繼電器或斷路器。 11 （ 4） 電源中加設(shè)了保護(hù)電路之后會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性，為此要求保護(hù)電路本身的可靠性要高，以提高整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高電源本身的 MTBF。這就要求保護(hù)的邏輯嚴(yán)密 ,電路簡(jiǎn)單、元器件最少，除此而外還要考慮到保護(hù)電路本身出故障時(shí)維修難度和其所保護(hù)的電源損壞程 度。 所以必須全面系統(tǒng)地考慮開關(guān)電源各種保護(hù)措施，確保開關(guān)電源的正常工作和高效率與高可靠性。