【導(dǎo)讀】programprotection,over-currentprotection,over-voltageprotection,under-voltageprotection

　　

【正文】 的安全 ,必須先讓調(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 ,濾波電容器會流過很大的浪涌電流 ,這個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使普通電源開關(guān)的觸點或繼 電器的觸點熔化 ,并使輸入保險絲熔斷。另外 ,浪涌電流也會損害電容器 ,使之壽命縮短 ,過早損壞。為此 ,開機(jī)時應(yīng)該接入一個限 流電阻 ,通過這個限流電阻來對電容器充電。為了不使該限流電阻消耗過多的功率，以致影響開關(guān)穩(wěn)壓器的正常工作 ,而在開機(jī)暫態(tài)過程結(jié)束后，用一個繼電器自動短接它 ,使直流電源直接對開關(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”電路。 開關(guān)穩(wěn)壓器的控制電路中的邏輯組件或者運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限流電阻 R桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計英文資料 翻譯 9 對開關(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 ,因為其輸出電容容量大 ,充到額定輸出電壓值需要一定時間。在這段時間內(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)通時間加長 ,這樣一來 ,開關(guān)三極管就會在這段期間內(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)動信號，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。 四、過電流保護(hù) 當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過 載或者控制電路失效等意外情況時 ,會引起流過穩(wěn)壓器中開關(guān)三極管的電流過大，使管子功耗增大 ,發(fā)熱 ,若沒有過流保護(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)壓器中過電流保護(hù)是常用的。最經(jīng)濟(jì)簡便的方法是用保險絲。由于晶體管的熱容量小 ,普通保險絲一般不能起到保護(hù)作用 ,常用的是快速熔斷保險絲。這種方法具有保護(hù)容易的優(yōu)點，但是 ,需要根據(jù)具體開關(guān)三極管的安全工作區(qū)要求來選擇保險絲的規(guī)格。這種過流保護(hù)措施的缺點是帶來經(jīng)常更換保險絲的不便。 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 ,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。為了實現(xiàn)過電流保護(hù)一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中 ,這會影響電源的效率 ,因此多用于小功率開關(guān)穩(wěn)壓器的場合。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 ,通常將過電流保護(hù)轉(zhuǎn)換為過、欠電壓保護(hù)。 五、過電壓保護(hù) 開關(guān)穩(wěn)壓器的過電壓保護(hù)包括輸入過電壓保護(hù)和輸出過電壓保護(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，穩(wěn)壓管擊穿，有電流流過電阻 R， 使晶體管 V 導(dǎo)通，繼電器動作，常閉接點斷開，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)電路可以跟輸入過電壓保護(hù)結(jié)合在一起 ,構(gòu)成極性 保護(hù)鑒別與過電壓保護(hù)電路。 輸出過電壓保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓電源中是至關(guān)重要的。特別對輸出為 5V 的開關(guān)穩(wěn)壓器來說 ,它的負(fù)載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時 ,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)輸出電壓過高時 ,穩(wěn)壓管被擊穿 ,觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通 ,把輸出端短路 ,造成過電流 ,通過保險絲或電路保護(hù)器將輸入切斷 ,保護(hù)了負(fù)載。這種電路的響應(yīng)時間相當(dāng)于晶閘管的開通時間，約為 5～ 10μ s。它的缺點是動作電壓是固定的，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計英文資料 翻譯 10 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(diào)試帶來了困難。 六、欠電壓保護(hù) 輸出電壓低于規(guī)定值時，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，會導(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，穩(wěn)壓管 ZD 擊穿，晶體管 V 導(dǎo)通，繼電器動作，觸點吸合，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，穩(wěn)壓管 ZD 不通， V 截止，觸點跳開，開關(guān)穩(wěn)壓器不能工作。開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部，由于控制電路失常或者開關(guān)三極管失效會使輸出電壓下降；負(fù)載發(fā)生短路也會使輸出電壓下降。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)是跟過電流保護(hù)緊密相關(guān)的，因而更加重要。實現(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，比較器沒有輸出，一旦電壓跌落在允許值之下比較器就翻轉(zhuǎn)，驅(qū)動告警電路 。同時反饋到開關(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。 七、過熱保護(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)部的元器件對其工作環(huán)境溫度的要求也相應(yīng)提高。否則，會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率開關(guān)穩(wěn)壓器中應(yīng)該設(shè)過熱保護(hù) 。 采用溫度繼電器來檢測電源裝置內(nèi)部的溫度，當(dāng)電源裝置內(nèi)部產(chǎn)生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機(jī)告警電路處于告警狀態(tài)，實現(xiàn)對電源的過熱保護(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)管殼溫度超過允許值后繼電器就切斷電器，對開關(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，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)部的溫度超過允許值時，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)告警電路動作，保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器。它亦可以用作功率晶體管的過熱保護(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 ,防止過熱。 八、繼電保護(hù)的未來發(fā)展 繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。 1）計算機(jī)化 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計英文資料 翻譯 11 隨著計算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展， 微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了 3 個發(fā)展階段：從 8 位單 CPU 結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到 5年時間就發(fā)展到多 CPU 結(jié)構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大提高，得到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從 8 位 CPU，發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的 32 位微機(jī)保護(hù)。 南京電力自動化研究院一開始就研制了 16 位 CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究 32 位保護(hù)硬件系統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和提高。天津大學(xué)一開始即研制 以 16 位多 CPU 為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保護(hù)， 1988 年即開始研究以 32 位數(shù)字信號處理器 (DSP)為基礎(chǔ)的保護(hù)、控制、測量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動化設(shè)備公司合作研制成一種功能齊全的 32 位大模塊，一個模塊就是一個小型計算機(jī)。采用 32 位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因為精度受 A/D 轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過 16 位時在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是 32 位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。 CPU 的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32 位的， 具有存儲器管理功能、存儲器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存 (Cache)和浮點數(shù)部件都集成在 CPU 內(nèi)。 電力系統(tǒng)對微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù)據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機(jī)保護(hù)裝置具有相當(dāng)于一臺 PC 機(jī)的功能。在計算機(jī)保護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺小型計算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由于當(dāng)時小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個設(shè)想是不現(xiàn)實的?，F(xiàn) 在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲容量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù)的時機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作成的繼電保護(hù)裝置。這種裝置的優(yōu)點有： (1)具有 486PC 機(jī)的全部功能，能滿足對當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。 (2)尺寸和結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強(qiáng)，可運行于非常惡劣的工作環(huán)境，成本可接受。 (3)采用 STD 總線或 PC 總線，硬件模塊化，對于不同的 保護(hù)可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。 繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，尚須進(jìn)行具體深入的研究。 2）網(wǎng)絡(luò)化 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時代的技術(shù)支柱，使人類生產(chǎn)和社會生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影響著各個工業(yè)領(lǐng)域，也為各個工業(yè)領(lǐng)域提供了桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計英文資料 翻譯 12 強(qiáng)有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣 量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時主要指安全自動裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故影響范圍 (這是首要任務(wù) )，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護(hù)單元都能共 九、結(jié)語 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現(xiàn)的方法。對一個給定的開關(guān)穩(wěn)壓電源來說，還應(yīng)從整機(jī)保護(hù)方面考慮以下幾點： （ 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。對于選定的開關(guān)三極管 ,由晶體管手冊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確定輸入過電流的保護(hù)值。但是 ,這個瞬時最大值應(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)管的動態(tài)負(fù)載線不超過直流安全工作區(qū)的最大輸入電壓 ,就是輸入過電壓保護(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、欠電壓保護(hù)的電壓值。過電流保護(hù)則可根據(jù)最大輸出電流來確定。為了不誤告警 ,保護(hù)值應(yīng)適當(dāng)留一定的余量。 （ 3）由以上兩點確定保護(hù)方式之后 ,再根據(jù)電源裝置的需要來確定告警措施。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)的部位來確定。在大功率 ,多路電源的場合 ,總是用交、直流斷路器 ,高靈敏繼電器等構(gòu)成自動保護(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)時間長 ,價格貴的大功率繼電 器或斷路器。 （ 4）電源中加設(shè)了保護(hù)電路之后會影響系統(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。?吵檬熬潲察鬢怖丹炷嫉鶉豪雜吡嘆菩 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