開關電源過流保護方式比較分析

來源：互聯網  作者：佚名2014年07月02日 11:10

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[導讀] 電源作為一切電子產品的供電設備，除了性能要滿足供電產品的要求外，其自身的保護措施也非常重要，如過壓、過流、過熱保護等。一旦電子產品出現故障時，如電子產品輸入側短路或輸出側開路時，則電源必須關閉其輸出電壓，才能保護功率MOSFET和輸出側設備等不被燒毀，否則可能引起電子產品的進一步損壞，甚至引起操作人員的觸電及火災等現象，因此，開關電源的過流保護功能一定要完善。

關鍵詞：過流保護開關電源

　　引言

　　電源作為一切電子產品的供電設備，除了性能要滿足供電產品的要求外，其自身的保護措施也非常重要，如過壓、過流、過熱保護等。一旦電子產品出現故障時，如電子產品輸入側短路或輸出側開路時，則電源必須關閉其輸出電壓，才能保護功率MOSFET和輸出側設備等不被燒毀，否則可能引起電子產品的進一步損壞，甚至引起操作人員的觸電及火災等現象，因此，開關電源的過流保護功能一定要完善。

　　1  開關電源中常用的過流保護方式

　　過電流保護有多種形式，如圖1所示，可分為額定電流下垂型，即フ字型；恒流型；恒功率型，多數為電流下垂型。過電流的設定值通常為額定電流的110％～130％。一般為自動恢復型。

　　圖1中①表示電流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。

　　圖1　　過電流保護特性

　　1.1  用于變壓器初級直接驅動電路中的限流電路

　　在變壓器初級直接驅動的電路（如單端正激式變換器或反激式變換器）的設計中，實現限流是比較容易的。圖2是在這樣的電路中實現限流的兩種方法。

　　圖2電路可用于單端正激式變換器和反激式變換器。圖2（a）與圖2（b）中在MOSFET的源極均串入一個限流電阻Rsc，在圖2（a）中， Rsc提供一個電壓降驅動晶體管S2導通，在圖2（b）中跨接在Rsc上的限流電壓比較器，當產生過流時，可以把驅動電流脈沖短路，起到保護作用。

　　圖2（a）與圖2（b）相比，圖2（b）保護電路反應速度更快及準確。首先，它把比較放大器的限流驅動的門檻電壓預置在一個比晶體管的門檻電壓Vbe更 精確的范圍內；第二，它把所預置的門檻電壓取得足夠小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取樣電阻Rsc的值取得較小，這樣就減小了 功耗，提高了電源的效率。

　　（a）晶體管保護

　　（b）限流比較器保護

　　圖2　　在單端正激式或反激式變換器電路中的限流電路

　　當AC輸入電壓在90～264V范圍內變化，且輸出同等功率時，則變壓器初級的尖峰電流相差很大，導致高、低端過流保護點嚴重漂移，不利于過流點的一致 性。在電路中增加一個取自＋VH的上拉電阻R1，其目的是使S2的基極或限流比較器的同相端有一個預值，以達到高低端的過流保護點盡量一致。

　　1.2  用于基極驅動電路的限流電路

　　在一般情況下，都是利用基極驅動電路把電源的控制電路和開關晶體管隔離開來。變換器的輸出部分和控制電路共地。限流電路可以直接和輸出電路相接，其電路如圖3所示。在圖3中，控制電路與輸出電路共地。工作原理如下：

　　圖3　　用于多種電源變換器中的限流電路

　　電路正常工作時，負載電流IL流過電阻Rsc產生的壓降不足以使S1導通，由于S1在截止時IC1=0， 電容器C1處于未充電狀態，因此晶體管S2也截止。如果負載側電流增加，使IL達到一個設定的值，使得ILRsc=Vbe1＋Ib1R1，則S1導通，使 電容器C1充電，其充電時間常數τ= R2C1，C1上充滿電荷后的電壓是VC1=Ib2R4＋Vbe2。在電路檢測到有過流發生時，為使電容器C1能夠快速放電，應當選擇R4

　　1.3　無功率損耗的限流電路

　　上述兩種過流保護比較有效，但是Rsc的存在降低了電源的效率，尤其是在大電流輸出的情況下，Rsc上的功耗就會明顯增加。圖4電路利用電流互感器作為檢測元件，就為電源效率的提高創造了一定的條件。

　　圖4電路工作原理如下：利用電流互感器T2監視負載電流IL，IL在通過互感器初級時，把電流的變化耦合到次級，在電阻R1上產生壓降。二極管D3對脈 沖電流進行整流，經整流后由電阻R2和電容C1進行平滑濾波。當發生過載現象時，電容器C1兩端電壓迅速增加，使齊納管D4導通，驅動晶體管 S1導通，S1集電極的信號可以用來作為電源變換器調節電路的驅動信號。

　　圖4　　無功耗限流電路

　　電流互感器可以用鐵氧體磁芯或MPP環型磁芯來繞制，但要經過反復實驗，以確保磁芯不飽和。理想的電流互感器應該達到匝數比是電流比。通常互感器的Np=1，Ns=NpIpR1/（Vs＋VD3）。具體繞制數據最后還要經過實驗調整，使其性能達到最佳狀態。

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