開關(guān)電源過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

鐘榮臻

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 四川綿陽 621000

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種新式的電子設(shè)備不斷出現(xiàn)，而這些電子設(shè)備都離不開電源，可以說電源是所有電子設(shè)備工作的動(dòng)力之源，而開關(guān)電源是中小功率電源的主流產(chǎn)品。對(duì)于開關(guān)電源，其保護(hù)電路（包括過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、EMC以及防浪涌等電路）設(shè)計(jì)技術(shù)具有很重要的研究?jī)r(jià)值，本文作者設(shè)計(jì)了5種過流保護(hù)電路，并進(jìn)行了詳盡分析或剖析[1]。

1 開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)需要

為了減少電磁輻射和耦合，要求DC-DC模塊的一次側(cè)、二次側(cè)、負(fù)載側(cè)環(huán)路面積最小。電源電路不管形式有多復(fù)雜，其大電流環(huán)路都要盡可能小。電源線和地線總是要很近放置。如果電路中使用了開關(guān)電源，開關(guān)電源的外圍器件布局要符合各功率回流路徑最短的原則。濾波電容要靠近開關(guān)電源相關(guān)引腳。使用共模電感，靠近開關(guān)電源模塊。單板上長(zhǎng)距離的電源線不能同時(shí)接近或穿過級(jí)聯(lián)放大器（增益大于45dB）的輸出和輸入端附近。避免電源線成為RF信號(hào)傳輸途徑，可能引起自激或降低扇區(qū)隔離度。長(zhǎng)距離電源線的兩端都需要加上高頻濾波電容，甚至中間也加高頻濾波電容。RF PCB的電源入口處組合并聯(lián)三個(gè)濾波電容，利用這三種電容的各自優(yōu)點(diǎn)分別濾除電源線上的低、中、高頻。例如：10uf，0．1uf，100pf。并且按照從大到小的順序依次靠近電源的輸入管腳。

1.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇

雙端正激也稱為非對(duì)稱橋，由兩個(gè)功率管和與兩個(gè)二極管組成電橋，但只有功率管可控導(dǎo)通，變壓器單向磁化，沒有橋式電路的橋臂直通問題，因此抗干擾能力更強(qiáng)。相對(duì)于反激式來說可以承受更大的功率，且輸出變壓器輸出的電能利用率高。本系統(tǒng)采用正激式開光電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用UC3842控制型脈寬調(diào)制器芯片，具有更穩(wěn)定的電流輸出，更好的瞬態(tài)特性，因而可以更好地給射頻電路，數(shù)據(jù)處理電路，加熱芯，熱床等提供足夠的功率，保證其能穩(wěn)定工作。

1.3 設(shè)計(jì)流程

正激式開關(guān)電源需要將220V的市電轉(zhuǎn)化為直流，而開關(guān)之后具有較大的紋波，還需要濾波才能使用，同時(shí)需要在輸出端加入限流保護(hù)，防雷擊保護(hù)等，一個(gè)完整的電源設(shè)計(jì)流程如圖1所示，接下來進(jìn)行模塊化分析。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2 基于達(dá)林頓管和繼電器的過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是當(dāng)開關(guān)管的漏級(jí)電流達(dá)到2A的時(shí)候，自動(dòng)停止脈寬調(diào)制芯片的脈寬輸出，以達(dá)到保護(hù)電路核心芯片和器件的目的，所以R1選擇精度為1/100或以上的高精度0．7Ω電阻，這樣能保證當(dāng)開關(guān)管電流超過2A時(shí)，達(dá)林頓管Q2導(dǎo)通，進(jìn)12V繼電器導(dǎo)通，開關(guān)由常閉變?yōu)殚_，因此脈寬調(diào)制芯片失去供電，停止工作，達(dá)到了保護(hù)開關(guān)管及其他重要電路的目的。從圖2中也可以看出，當(dāng)大電流消失之后，脈寬調(diào)制芯片會(huì)自動(dòng)恢復(fù)供電，電源重新進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

圖2 過流保護(hù)電路電路

3 輸出濾波器的設(shè)計(jì)

在開關(guān)電源中，由于變壓器的漏感、電路板所布導(dǎo)線的引線電感等問題的存在，開關(guān)管在關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰脈沖。整流快速恢復(fù)二極管由于存在存儲(chǔ)效應(yīng)，反向恢復(fù)過程中也會(huì)出現(xiàn)很高的反向恢復(fù)的碾壓尖峰脈沖。為避免過電壓尖峰脈沖危及功率器件的工作安全或者形成很強(qiáng)的電磁干擾噪聲。故輸出濾波電路設(shè)計(jì)如圖3所示：

圖3 輸出濾波電路

由電阻R1和電容C2串聯(lián)構(gòu)成緩沖電路，電壓脈沖能量經(jīng)電阻消耗后轉(zhuǎn)移到電容器中儲(chǔ)存，然后電容器的儲(chǔ)能通過電阻消耗后返回電源，而且輸出二極管兩端產(chǎn)生的反向浪涌電壓同時(shí)也受到限制，因此反向浪涌電流就會(huì)隨之而減少，同時(shí)減少損耗和可能出現(xiàn)的振蕩。由于開關(guān)電源改變PWM占空比只能改變電壓有效值不能改變電壓的幅值，因此需要在緩沖電路后加上圖中右側(cè)部分，D7為續(xù)流二極管，L1為續(xù)流電感。C4，L2，C5構(gòu)成Π型濾波器，當(dāng)負(fù)載足夠大時(shí)輸出波形平滑，輸出幅值為輸入的平均值。

4 結(jié)語

在實(shí)際的開關(guān)電源設(shè)計(jì)過程中，會(huì)根據(jù)電源的具體需求來確定過流保護(hù)電路具體設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)電路的過程中，筆者充分考慮了開關(guān)電源設(shè)計(jì)的具體需求，所以本文中所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源過流保護(hù)電路，經(jīng)過驗(yàn)證高效、可靠、實(shí)用，有很強(qiáng)的生產(chǎn)實(shí)用價(jià)值。