【導讀】programprotection,over-currentprotection,over-voltageprotection,under-voltageprotection

　　

【正文】 的安全 ,必須先讓調制器、放大器等小功率的控制電路工作。為此 ,要保證正確的開機程序。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 ,開機時應該接入一個限 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，以致影響開關穩(wěn)壓器的正常工作 ,而在開機暫態(tài)過程結束后，用一個繼電器自動短接它 ,使直流電源直接對開關穩(wěn)壓器供電。這種電路稱之謂開關穩(wěn)壓器的“軟啟動”電路。 開關穩(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 開關電路工作。這可用開機程序控制電路來保證。一般的開機程序是 :輸 入電源的極性鑒別 ,電壓保護→開機程 序電路工作→輔助電源工作并通過限流電阻 R桂林電子科技大學畢業(yè)設計英文資料 翻譯 9 對開關穩(wěn)壓器的輸入電容器 C 充電→ 開關穩(wěn)壓器的 調制電路工作，短路限流電阻→開關穩(wěn)壓器 穩(wěn)定工作。 在開關穩(wěn)壓器中 ,剛開機時 ,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 ,取樣放大器輸入低的輸出電壓采樣 ,根據系統(tǒng)閉環(huán)調節(jié)特性將迫使開關三極管的導通時間加長 ,這樣一來 ,開關三極管就會在這段期間內趨于連續(xù)導通 ,而容易損壞。為此 ,要求在開機這一段時間內 ,開關調制電路輸出給開關三極管基極的脈寬調制驅動信號，能保證開關三極管由截止逐漸趨于正常的開關狀態(tài)，故而要加設開機保護以配合軟啟動。 四、過電流保護 當出現(xiàn)負載短路、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 ,若沒有過流保護裝置 ,大功率開關三極管就有可能損壞。故而在開關穩(wěn)壓器中過電流保護是常用的。最經濟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作用 ,常用的是快速熔斷保險絲。這種方法具有保護容易的優(yōu)點，但是 ,需要根據具體開關三極管的安全工作區(qū)要求來選擇保險絲的規(guī)格。這種過流保護措施的缺點是帶來經常更換保險絲的不便。 在線性穩(wěn)壓器中常用的限流保護和電流截止保護在開關穩(wěn)壓器中均能應用。但是 ,根據 開關穩(wěn)壓器的特點 ,這種保護電路的輸出不能直接控制開關三極管 ,而必須使過電流保護的輸出轉換為脈沖指令 ,去控制調制器以保護開關三極管。為了實現(xiàn)過電流保護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穩(wěn)壓器的場合。而在大功率的開關穩(wěn)壓電源中 ,考慮到功耗，應盡量避免取樣電阻的接入。因此 ,通常將過電流保護轉換為過、欠電壓保護。 五、過電壓保護 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。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 ,使開關 穩(wěn)壓器不能正常工作 ,甚至損壞內部器件 ,因此 ,有必要使用輸入過電壓保護電路。 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 V 導通，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。 輸出過電壓保護在開關穩(wěn)壓電源中是至關重要的。特別對輸出為 5V 的開關穩(wěn)壓器來說 ,它的負載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工作時 ,開關 穩(wěn)壓器的開關三極管突然損壞 ,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。當輸出電壓過高時 ,穩(wěn)壓管被擊穿 ,觸發(fā)晶閘管導通 ,把輸出端短路 ,造成過電流 ,通過保險絲或電路保護器將輸入切斷 ,保護了負載。這種電路的響應時間相當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，桂林電子科技大學畢業(yè)設計英文資料 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，給調試帶來了困難。 六、欠電壓保護 輸出電壓低于規(guī)定值時，反映了輸入直 流電源、開關穩(wěn)壓器內部或者輸出負載發(fā)生了異常。輸入直流電源電壓下降到規(guī)定值之下時，會導致開關穩(wěn)壓器的輸出電壓跌落，輸入電流增大，既危及開關三極管，也危及輸入電源。因此，要設欠電壓保護。簡單的欠電壓保護如圖 6 所示。 當未穩(wěn)壓輸入的電壓值正常時，穩(wěn)壓管 ZD 擊穿，晶體管 V 導通，繼電器動作，觸點吸合，開關穩(wěn)壓器加電。當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，開關穩(wěn)壓器不能工作。開關穩(wěn)壓器內部，由于控制電路失常或者開關三極管失效會使輸出電壓下降；負載發(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穩(wěn)壓器中欠電壓的保護是跟過電流保護緊密相關的，因而更加重要。實現(xiàn)方法是在開關穩(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，驅動告警電路 。同時反饋到開關穩(wěn)壓器的控制電路，使開關三極管截止或切斷輸入電源。 七、過熱保護 開關穩(wěn)壓器的高集成化和輕量小體積，使其單位體積內的功率密度大大提高，電源裝置內部的元器件對其工作環(huán)境溫度的要求也相應提高。否則，會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率開關穩(wěn)壓器中應該設過熱保護 。 采用溫度繼電器來檢測電源裝置內部的溫度，當電源裝置內部產生過熱時，溫度繼電器就動作，使整機告警電路處于告警狀態(tài)，實現(xiàn)對電源的過熱保護。亦可將溫度繼電器置于開關三極管的附近，一般大功率管允許的最高管殼溫度是 75℃，調節(jié)溫度整定值為 60℃。當管殼溫度超過允許值后繼電器就切斷電器，對開關管進行保護。半導體熱敏開關器件“熱晶閘管”在超溫保護方面有重要作用。它可以用作溫度指示電路。根據 p型控制柵熱晶閘管 (TT102)的特性，由 RT 值確定該器件的導通溫度， RT 越大，導通溫度越低。 當將其放置功率開關三極 管附近，或在電源裝置內時，它就能起到溫度指示作用。當功率管的管殼溫度或者裝置內部的溫度超過允許值時，熱晶閘管就導通，使發(fā)光二極管發(fā)亮告警。倘若配合光電耦合器，就可使整機告警電路動作，保護開關穩(wěn)壓器。它亦可以用作功率晶體管的過熱保護，晶體開關管的基極電流被 n 控制柵型熱晶閘管 TT201旁路，開關管截止，切斷集電極電流 ,防止過熱。 八、繼電保護的未來發(fā)展 繼電保護技術未來趨勢是向計算機化，網絡化，智能化，保護、控制、測量和數(shù)據通信一體化發(fā)展。 1）計算機化 桂林電子科技大學畢業(yè)設計英文資料 翻譯 11 隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展， 微機保護硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學院研制的微機線路保護硬件已經歷了 3 個發(fā)展階段：從 8 位單 CPU 結構的微機保護問世，不到 5年時間就發(fā)展到多 CPU 結構，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結構，性能大大提高，得到了廣泛應用。華中理工大學研制的微機保護也是從 8 位 CPU，發(fā)展到以工控機核心部分為基礎的 32 位微機保護。 南京電力自動化研究院一開始就研制了 16 位 CPU 為基礎的微機線路保護，已得到大面積推廣，目前也在研究 32 位保護硬件系統(tǒng)。東南大學研制的微機主設備保護的硬件也經過了多次改進和提高。天津大學一開始即研制 以 16 位多 CPU 為基礎的微機線路保護， 1988 年即開始研究以 32 位數(shù)字信號處理器 (DSP)為基礎的保護、控制、測量一體化微機裝置，目前已與珠海晉電自動化設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。采用 32 位微機芯片并非只著眼于精度，因為精度受 A/D 轉換器分辨率的限制，超過 16 位時在轉換速度和成本方面都是難以接受的；更重要的是 32 位微機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、存儲器保護功能和任務轉換功能，并將高速緩存 (Cache)和浮點數(shù)部件都集成在 CPU 內。 電力系統(tǒng)對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數(shù)據的長期存放空間，快速的數(shù)據處理功能，強大的通信能力，與其它保護、控制裝置和調度聯(lián)網以共享全系統(tǒng)數(shù)據、信息和網絡資源的能力，高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺 PC 機的功能。在計算機保護發(fā)展初期，曾設想過用一臺小型計算機作成繼電保護裝置。由于當時小型機體積大、成本高、可靠性差，這個設想是不現(xiàn)實的?，F(xiàn) 在，同微機保護裝置大小相似的工控機的功能、速度、存儲容量大大超過了當年的小型機，因此，用成套工控機作成繼電保護的時機已經成熟，這將是微機保護的發(fā)展方向之一。天津大學已研制成用同微機保護裝置結構完全相同的一種工控機加以改造作成的繼電保護裝置。這種裝置的優(yōu)點有： (1)具有 486PC 機的全部功能，能滿足對當前和未來微機保護的各種功能要求。 (2)尺寸和結構與目前的微機保護裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防電磁干擾能力強，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 保護可任意選用不同模塊，配置靈活、容易擴展。 繼電保護裝置的微機化、計算機化是不可逆轉的發(fā)展趨勢。但對如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進一步提高繼電保護的可靠性，如何取得更大的經濟效益和社會效益，尚須進行具體深入的研究。 2）網絡化 計算機網絡作為信息和數(shù)據通信工具已成為信息時代的技術支柱，使人類生產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)領域，也為各個工業(yè)領域提供了桂林電子科技大學畢業(yè)設計英文資料 翻譯 12 強有力的通信手段。到目前為止，除了差動保護和縱聯(lián)保護外，所有繼電保護裝置都只能反應保護安裝處的電氣 量。繼電保護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有力的數(shù)據通信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護的概念，這在當時主要指安全自動裝置。因繼電保護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 )，還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。這就要求每個保護單元都能共 九、結語 以上分別討論了在開關穩(wěn)壓器中的各種保護方式 ,并介紹了一些具體實現(xiàn)的方法。對一個給定的開關穩(wěn)壓電源來說，還應從整機保護方面考慮以下幾點： （ 1）把開關穩(wěn)壓器中所應用的開關三極管限制在直流安全工作區(qū)域 之內工作。對于選定的開關三極管 ,由晶體管手冊可查得其直流安全工作區(qū)。根據集電極電流的最大值來確定輸入過電流的保護值。但是 ,這個瞬時最大值應轉換為電流的平均值。在額定輸出電流與輸出電壓的條件下 ,開關管的動態(tài)負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的電壓值。 （ 2）把開關穩(wěn)壓器的輸出限制在所給定的技術指標之內。在所要求的工作溫度范圍內 ,開關穩(wěn)壓器的輸出電壓的上、下限就是輸出過、欠電壓保護的電壓值。過電流保護則可根據最大輸出電流來確定。為了不誤告警 ,保護值應適當留一定的余量。 （ 3）由以上兩點確定保護方式之后 ,再根據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。聲警適用于整機比較復雜、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。保護措施要視所保護的部位來確定。在大功率 ,多路電源的場合 ,總是用交、直流斷路器 ,高靈敏繼電器等構成自動保護措施 ,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 電路使相應的開關三極管截止的方案顯得既靈敏方便又經濟。這樣可以省去體積大 ,響應時間長 ,價格貴的大功率繼電 器或斷路器。 （ 4）電源中加設了保護電路之后會影響系統(tǒng)的可靠性，為此要求保護電路本身的可靠性要高，以提高整個電源系統(tǒng)的可靠性，進而提高電源本身的 MTBF。這就要求保護的邏輯嚴密 ,電路簡單、元器件最少，除此而外還要考慮到保護電路本身出故障時維修難度和其所保護的電源損壞程度。 所以必須全面系統(tǒng)地考慮開關電源各種保護措施，確保開關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 瞄譚襞蜚砦飽己郡品嫫懈萬拍梏醇稷悠墅罱珉覽祁摧灰宦仆燁卞鈑賭握傣副凡彎艾攥嘻訶頗柄鏗旅擲剜聆楮副籌蚨扒者脈芷蓉踝倚摳舡恝