開關電源對電路的保護
開關電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路,在進線電源合閘瞬間,由于電容器上的初始電壓為零,電容器充電瞬間會形成很大的浪涌電流,特別是大功率開關電源,采用容量較大的濾波電容器,使浪涌電流達100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流,重者往往會導致輸入熔斷器燒斷或合閘開關的觸點燒壞,整流橋過流損壞;輕者也會使空氣開關合不上閘[4]。上述現(xiàn)象均會造成開關電源無法正常工作,為此幾乎所有的開關電源都設置了防止流涌電流的軟啟動電路,以保證電源正常而可靠運行。防浪涌軟啟動電路通常有晶閘管保護法和繼電器保護法兩大類。
(1) 晶閘管保護法
圖1是采用晶閘管V和限流電阻R1組成的防浪涌電流電路。
圖1采用晶閘管和限流電阻組成的防浪涌電流電路
(2)繼電器保護法
圖2 采用繼電器K和限流電阻R1構成的
防浪涌電流電路 圖3 替代R2C2延遲電路
圖2是采用繼電器K和限流電阻R1構成的防浪涌電流電路。電源接通瞬間,輸入電壓經整流(D1~D4)和限流電阻R1對濾波電容器C1充電,防止接通瞬間的浪涌電流,同時輔助電源Vcc經電阻R2對并接于繼電器K線包的電容器C2充電,當C2上的電壓達到繼電器K的動作電壓時,K動作,其觸點K1.1閉合而旁路限流電阻R1,電源進入正常運行狀態(tài)。限流的延遲時間取決于時間常數(shù)(R2C2),通常選取為0.3~0.5s。為了提高延遲時間的準確性及防止繼電器動作抖動振蕩,延遲電路可采用圖3所示電路替代R2C2延遲電路。
進線電源過壓及欠壓對開關電源造成的危害,主要表現(xiàn)在器件因承受的電壓及電流能力超出正常使用的范圍而損壞,同時因電氣性能指標被破壞而不能滿足要求。因此對輸入電源的上限和下限要有所限制,為此采用過壓、欠壓保護以提高電源的可靠性和安全性。
溫度是影響電源設備可靠性的最重要因素。根據(jù)有關資料分析表明[5],電子元器件溫度每升高2℃,可靠性下降10%,溫升50℃時的工作壽命只有溫升25℃時的1/6,為了避免功率器件過熱造成損壞,在開關電源中亦需要設置過熱保護電路。
圖4 過壓、欠壓、過熱保護電路
圖4是僅用一個4比較器LM339及幾個分立元器件構成的過壓、欠壓、過熱保護電路。取樣電壓可以直接從輔助控制電源整流濾波后取得,它反映輸入電源電壓的變化,比較器共用一個基準電壓,N1.1為欠壓比較器,N1.2為過壓比較器,調整R1可以調節(jié)過、欠壓的動作閾值。N1.3為過熱比較器,RT為負溫度系數(shù)的熱敏電阻,它與R7構成分壓器,緊貼于功率開關器件IGBT的表面,溫度升高時,RT阻值下降,適當選取R7的阻值,使N1.3在設定的溫度閾值動作。N1.4用于外部故障應急關機,當其正向端輸入低電平時,比較器輸出低電平封鎖PWM驅動信號。由于4個比較器的輸出端是并聯(lián)的,無論是過壓、欠壓、過熱任何一種故障發(fā)生,比較器輸出低電平,封鎖驅動信號使電源停止工作,實現(xiàn)保護。如將電路稍加變動,亦可使比較器輸出高電平封鎖驅動信號。
由于電網自身原因或電源輸入接線不可靠,開關電源有時會出現(xiàn)缺相運行的情況,且掉相運行不易被及時發(fā)現(xiàn)。當電源處于缺相運行時,整流橋某一臂無電流,而其它臂會嚴重過流造成損壞,同時使逆變器工作出現(xiàn)異常,因此,必須對缺相進行保護。檢測電網缺相通常采用電流互感器或電子缺相檢測電路。由于電流互感器檢測成本高、體積大,故開關電源中一般采用電子缺相保護電路。圖5是一個簡單的缺相保護電路。三相平衡時,R1~R3結點H電位很低,光耦合輸出近似為零電平。當缺相時,H點電位抬高,光耦輸出高電平,經比較器進行比較,輸出低電平,封鎖驅動信號。比較器的基準可調,以便調節(jié)缺相動作閾值。該缺相保護適用于三相四線制,而不適用于三相三線制。電路稍加變動,亦可用高電平封鎖PWM信號。
圖5 三相四線制的缺相保護電路
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