鈴流電源的過(guò)流保護(hù)

鈴流電源的過(guò)流保護(hù)??

摘要：過(guò)流保護(hù)的設(shè)計(jì)是否合理直接影響到鈴流電源的電氣性能和可靠性。對(duì)鈴流電源的過(guò)流保護(hù)機(jī)理進(jìn)行了分析，并給出了一種簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠的保護(hù)方法。

關(guān)鍵詞：正弦波脈寬調(diào)制；鈴流電源；過(guò)流保護(hù)

1? 引言

??? 鈴流電源模塊是一種小功率DC/AC逆變器，多用在通信系統(tǒng)和聲納系統(tǒng)中。前不久，我公司研制了一種高性能鈴流模塊，設(shè)計(jì)要求在輸入DC36～72V，環(huán)境溫度0～70℃的條件下必須保證穩(wěn)定、可靠地輸出75V 25Hz30VA。在研制過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，過(guò)流保護(hù)成為影響該鈴流電源的電氣性能和可靠性的關(guān)鍵。

2? 電路原理及限流保護(hù)分析

??? 該鈴流模塊的原理框圖如圖1所示，采用SPWM電路，詳細(xì)介紹請(qǐng)參考有關(guān)資料。

圖1? 鈴流模塊原理框圖

??? 實(shí)際上SPWM電路已帶有限流保護(hù)，對(duì)輸入電流進(jìn)行限制，但由于鈴流電源輸入電壓范圍寬，導(dǎo)致其輸入側(cè)電流變化也較大，這就給限流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)一定困難。就該鈴流電源來(lái)說(shuō)，在額定輸出情況下，如果我們?cè)陬~定輸入電壓（DC48V）時(shí)整定過(guò)流保護(hù)點(diǎn)，那么在輸入電壓下降到DC36V時(shí)，將使輸出波形失真，出現(xiàn)削頂現(xiàn)象〔如圖2(b)所示〕；而當(dāng)輸入電壓上升到DC72V時(shí)又不能可靠地實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，易造成鈴流電源因過(guò)負(fù)荷而損壞。因此，要想精確地實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)只能對(duì)輸出側(cè)電流進(jìn)行限制。

(a)? 正常輸出電壓波形??? (b)? 限流后輸出電壓波形

圖2? 限流保護(hù)的影響

3? 限流保護(hù)的兩個(gè)方案

3.1? 方案1

??? 方案1原理圖如圖3所示。R₈為輸出電流取樣電阻，電源正常工作時(shí)，在正半周D₁不導(dǎo)通，a點(diǎn)電位為0.6V（這里，我們假定二極管的管壓降均為0.6V）,b點(diǎn)電位為：

??? U_R8×R₄/（R₁＋R₄）－U_D5<0.6V

圖3? 方案1原理圖

??? U_2A輸出負(fù)電壓，D₄不導(dǎo)通，Q₁不動(dòng)作；同理，負(fù)半周時(shí)，Q₁也不動(dòng)作。如果電路有過(guò)流現(xiàn)象產(chǎn)生，假定在正半周過(guò)流，在R₈上產(chǎn)生正電壓U_R8，使b點(diǎn)的電位：

??? U_R8×R₄/（R₁＋R₄）－U_D5>0.6V

??? U_2A輸出正電壓，D₄導(dǎo)通，Q₁動(dòng)作，通過(guò)光耦U₁送出關(guān)斷信號(hào)，電源截止。同理，在負(fù)半周產(chǎn)生過(guò)流時(shí)，保護(hù)電路動(dòng)作，也能使鈴流電源截止。

??? 該電路在理論上是可行的，但是在實(shí)驗(yàn)時(shí)我們發(fā)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)點(diǎn)隨溫度的變化而變化，室溫時(shí)過(guò)流保護(hù)點(diǎn)為0.41A，環(huán)境溫度70℃（殼溫90℃）時(shí)，過(guò)流保護(hù)點(diǎn)降為0.28A，不能輸出額定功率。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)這是由于二極管的管壓降隨溫度變化引起的。溫度升高，二極管的管壓降降低，過(guò)流保護(hù)點(diǎn)降低，電源就不能輸出額定功率。溫度降低，二極管的管壓降升高，過(guò)流保護(hù)點(diǎn)也升高。如果環(huán)境溫度變化不大，該電路還是一種不錯(cuò)的保護(hù)方案，但環(huán)境溫度變化較大時(shí)就不可行了。

3.2? 方案2

??? 方案2原理圖如圖4所示。R₄為輸出電流取樣電阻，電源正常工作時(shí)，U_2A輸出電壓不足以使D₃（9.1V）或D₄（9.1V）擊穿導(dǎo)通，Q₁或Q₂不導(dǎo)通，過(guò)流保護(hù)電路不動(dòng)作。如果電路有過(guò)流現(xiàn)象產(chǎn)生，假定在正半周過(guò)流，U_2A輸出負(fù)電壓，使得D₃擊穿，D₄導(dǎo)通，Q₂導(dǎo)通，電流流經(jīng)D₂、U₁、R₈、Q₂、R₁，光耦U₁輸出過(guò)流信號(hào)，電源截止。若負(fù)半周過(guò)流，U_2A輸出正電壓，使得D₄擊穿，D₃導(dǎo)通，Q₁導(dǎo)通，電流流經(jīng)R₇、Q₁、U₁、R₈、D₁，光耦U₁輸出過(guò)流信號(hào)，電源截止。這樣，只要電路有過(guò)流現(xiàn)象發(fā)生，保護(hù)電路就會(huì)立即動(dòng)作，對(duì)電源進(jìn)行保護(hù)，防止損壞。

圖4? 方案2原理圖

??? 方案2的溫度分析：室溫下，U_2A輸出的電壓能使過(guò)流保護(hù)電路動(dòng)作的最小正電壓為：D₄的穩(wěn)壓值和D₃、Q₁、U₁、D₁的導(dǎo)通電壓的和，約為12V。當(dāng)溫度升至90℃(當(dāng)環(huán)境溫度是70℃，模塊殼溫約為90℃，控制電路的溫度也約為90℃)時(shí)，D₃、Q₁、U₁、D₁導(dǎo)通電壓降低，但D₄的穩(wěn)壓值卻有所升高，起到一定的溫度補(bǔ)償作用，此時(shí)所需的最小正電壓約為11.55V，過(guò)流保護(hù)點(diǎn)變化了(12－11.55)/12=3.75％。按此計(jì)算，如果室溫下過(guò)流點(diǎn)整定為0.42A，環(huán)境溫度70℃時(shí)的過(guò)流點(diǎn)變?yōu)榧s0.404A。模塊仍能輸出額定功率。當(dāng)U_2A輸出負(fù)電壓時(shí)，可得出相同的結(jié)果。

4? 結(jié)語(yǔ)

??? 實(shí)驗(yàn)證明，這是一種可行的保護(hù)方案，如果常溫時(shí)整定過(guò)流保護(hù)點(diǎn)為0.42A，輸入電壓在DC 36V至DC 72V間，環(huán)境溫度0℃至70℃，可將過(guò)流點(diǎn)穩(wěn)定地限定在0.405A至0.425A之間。而且，使用該電路，可以大大減小輸出電流取樣電阻的阻值，提高整機(jī)效率。總之，這個(gè)電路完全能夠保證鈴流電源模塊安全、穩(wěn)定、可靠地工作。

??? 該種模塊已批量投產(chǎn)，并得到用戶的好評(píng)。??