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开关电源短路保护

2018/12/20        作者:齐冀平      
关键字:开关电源  工作原理  短路保护  
随着科技的渐趋成熟,开关电源作为一种电压转换电路,已逐渐被广泛运用到军用和民用电子设备当中。

    随着电子技术的飞快发展,人们的工作、生活渐渐离不开电子电力设备。而可靠的电源是电子电力设备的基础,20世纪80年代后,开关电源化逐渐开始进入计算机电源行业,使得计算机的电源换代率先完成,进入90年代,各种电子、电器设备领域相继引入开关电源,例如通讯、电子检测设备电源、程控交换机、控制设备电源等,更是将开关电源技术运用到极致。如果将开关电源与线性电源做一对比的话,那么可以说,首先二者的成本都随着输出功率的增加而增长,不过增长速率不同。而就某一输出功率点而言,线性电源成本是高于开关电源的。电力电子技术经过几十年的改善创新,也使得开关电源技术渐趋成熟。这种成本反转点向低输出电力端移动的情况,实际上为开关电源的发展提供了广阔的空间。更是推动了高新技术产品向着更小、更轻的方向发展。当然,开关电源的发展与应用在安防监控,节约能源及环境保护方面都具有重大意义。

1 开关电源的概况

    1.1 简介

    总的来说,开关电源就是一种电压转换电路,它的主要功能是降压和升压。它在现如今的现代电子产品中应用广泛。之所以叫开关电源,是因为它的开关三极管总是工作在“开”和“关”两种状态上。其实,开关电源实质就是一个振荡电路,一种电能转换的方式。它的应用不止在电源电路方面,其它电路对它的使用也很普遍。譬如日光灯、液晶显示器的背光电路等。相比于变压器,开关电源稳性好、效率高、体积小,不过缺陷是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路。

    1.2 工作原理

    开关电源的主要电路包括整流滤波电路、输入电磁干扰滤波器(EMI)、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路。辅助电路有输人过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

    开关电源的工作过程说起来并不是那么的复杂,我们知道,线性电源中,功率晶体管工作状态是处于线性模式,而开关电源与其不同,它的PWM开关电源能够使功率品体管_丁作处于导通和关断两种状态,在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏一安乘积是相当小的(导通状态时,电流大,电压低:关断时,电流小,电压高),因而功率器件上的伏安乘积基本等于功率半导体器件上所产生的损耗。相比于线性电源,PWM开关电源的工作过程更为有效,它是通过“斩波”的方式,所谓斩波,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压。

    开关电源的控制器可以调节脉冲的占空比。一旦输入电压被斩成交流方波。变压器就可以将其幅值进行升高或者降低。而输出电压值的增加又可以通过增加变压器的二次绕组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

    确保输出电压稳定是控制器的主要功能。不过说起它的工作过程倒是与线性形式很相像,也就是说控制器的电压参考、功能块和误差放大器。可以以线性调节器为模板进行设计。不过他们不同的地方在于,误差电压(误差放大器的输出)在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

    虽说它们各部分的布置差别不大。但是工作过程却截然迥异,在特定的应用场合下各有优点。

2  短路分析

    同其它电子装置一样,开关电源的短路是最严重的故障,开关电源可靠性很大程度上取决于短路保护是否可靠。绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动功率小、输入阻抗高、和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点,这些都与场效应晶体管相似。目前电力电子开关器件最广泛使用的是中、大功率开关电源。对于短路时间承受值。饱和压降是影响IGBT能够承受的短路时间最主要的因素。

    相信大家遇到过这样的的情况,开关电源在满载后对其进行电源短路测试,有时候会听到电源有啸叫的情况,或者是在设置电流保护时。当电流调试到某一段位,会有啸叫,其啸叫的声音抑扬顿挫。甚是烦人,究其原因主要如下:当输出负载较大时。接近电源功率极限时,开关电压器会进入一种不稳定状态,前一周期占空比过大导通时问过长,通过高频变压器传输了过多的能量;直流整流的储能电感本周期内能量未充分释放,经PWM判断,在下一个周期内没有产生令开关管导通的驱动信号或占空比过小;开关管在之后的整个周期内为截止状态,或者导通时问过短;储能电感经过多于一整个周期的能量释放,输出电压下降,开关管下一个周期内的占空比又会大?如此周而复始,使变压器发生较低频率(有规律的问歇性全截止周期或占空比剧烈变化的频率)的振动,发出人耳可以听到的较低频率的声音。

3  结束语

    开关电源短路保护工作相当重要,尤其是在恶劣环境及意外事故条件下,保护电路是否完善,是否按照预定设置进行工作。对电源装置安全性和可靠性的提升至关重要实际检测在验收技术指标时,应当对保护电路进行仔细的验证。当然。对开关电源短路的电路结构和保护方案多种多样。但要视具体装置而定,对于不同功率,不同大小的产品,其选择也不相同,总之,应选择合理的保护方案和电路结构,使得在故障条件下真正有效地实现保护。

责任编辑:邓忠帅
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