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過流保護
閱讀�65334時間�2010-12-17 11:10:14

  電流保護是指心在的電子設(shè)備都有額定電�,不允許超過額定電流,會引起�(shè)備燒壞,在這個基�(chǔ)上的�(shè)備就會先做電�保護模塊。當電流超過�(shè)定電流,�(shè)備就會斷電保護設(shè)��

方式

  1、復(fù)合型:將多種保護符合起�.

  2、限功率�:限定輸出的總功率

  3、回卷型:初始電流恒定不變,電壓下降到一定數(shù)值電流開始減�.

  4、打隔型:過流�,電流電壓下降�0,然后又開始上�,周而復(fù)�.

  5:恒流�:電流恒定不變,電壓下降

電路的應(yīng)用舉�

  壓器初級電壓220V,次級電�16V,次級電�1.5A� 次級異常時的初級電流�350mA�10分鐘之內(nèi)�(yīng)進入保護狀�(tài),變壓器工作�(huán)境溫�-10 ~ 40 �,正常工作時溫升15 ~ 20 �� PTC熱敏電阻器靠近變壓器安裝,請選定一PTC熱敏電阻器用于初級保護�

  1.確定工作電壓

  已知變壓器工作電�220V,考慮電源波動的因�,工作電壓應(yīng)達到220V×�1+20%�=264V

  PTC熱敏電阻器的工作電壓�265V�

  2.確定不動作電�

  �(jīng)計算和實際測�,變壓器正常工作時初級電�125mA,考慮到PTC熱敏電阻的安裝位置的�(huán)境溫可達60 �,可確定不動作電流在60 ℃時�(yīng)�130~ 140mA�

  3.確定動作電流

  考慮到PTC熱敏電阻器的安裝位置的環(huán)境溫度可達到-10 ℃或25�� 可確定動作電流在 -10 ℃或25℃時�(yīng)�340~ 350mA,動作時間約5分鐘�

  4.確定額定零功率電阻R25

  PTC熱敏電阻器串�(lián)在初級中,產(chǎn)生的電壓降應(yīng)盡量�,PTC熱敏電阻器自身的�(fā)熱功率也�(yīng)盡量�,一般PTC熱敏電阻器的壓降�(yīng)小于總電源的1%,R25�(jīng)計算�

  220V × 1% ÷0.125A=17.6 Ω

  5.確定電流

  �(jīng)實際測量,變壓器次級短路�� 初級電流可達�500mA� 如果考慮到初級線圈發(fā)生部分短路時有更大的電流通過,PTC熱敏電阻器的電流確定�1A以上�

  6. 確定居里溫度和外形尺�

  考慮到PTC熱敏電阻器的安裝位置的環(huán)境溫可達60 �� 選擇居里溫度時在此基�(chǔ)上增�40 �� 居里溫度�100 ℃,但考慮到低成本� 以及PTC熱敏電阻器未安裝在變壓器線包�(nèi)� 其較高的表面溫度不會對變壓器�(chǎn)生不良作�,故居里溫度可選�120 �,這樣PTC熱敏電阻器的直徑可減小一檔,成本可以下降�

  7.確定PTC熱敏電阻器型�

  根據(jù)以上要求,查閱我們公司的�(guī)格表,選定MZ11-10P15RH265

  �: 工作電壓265V� 額定零功率電阻�15Ω± 25%,不動作電流140 mA,動作電�350 mA,電�1.2A,居里溫�120 �,尺寸為?11.0mm�

開關(guān)電源中幾種方式的比較

  電源作為一切電子產(chǎn)品的供電�(shè)�,除了性能要滿足供電產(chǎn)品的要求�,其自身的保護措施也非常重要,如過壓、過�、過熱保護等。一旦電子產(chǎn)品出�(xiàn)故障�,如電子�(chǎn)品輸入側(cè)短路或輸出側(cè)開路�,則電源必須�(guān)閉其輸出電壓,才能保護功率MOSFET和輸出側(cè)�(shè)備等不被燒毀,否則可能引起電子產(chǎn)品的進一步損壞,甚至引起操作人員的觸電及火災(zāi)等現(xiàn)�,因�,開�(guān)電源的過流保護功能一定要完善�

  1 開關(guān)電源中常用的過流保護方式

  過電流保護有多種形式,如�1所�,可分為額定電流下垂�,即字型;恒流型;恒功率�,多�(shù)為電流下垂型。過電流的設(shè)定值通常為額定電流的110%~130�。一般為自動恢復(fù)��

過電流保護有多種形式

  �1中①表示電流下垂�,②表示恒流型,③表示恒功率��

  1.1 用于變壓器初級直接驅(qū)動電路中的限流電�

  在變壓器初級直接�(qū)動的電路(如單端正激式變換器或反激式變換器)的�(shè)計中,實�(xiàn)限流是比較容易的。圖2是在這樣的電路中實現(xiàn)限流的兩種方��

  �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�2(b)中在MOSFET的源極均串入一個限流電阻Rsc,在�2(a)中,Rsc提供一個電壓降�(qū)動晶體管S2�(dǎo)�,在�2(b)中跨接在Rsc上的限流電壓比較�,當�(chǎn)生過流時,可以把�(qū)動電流脈沖短�,起到保護作��

 

電路可用于單端正激式變換器和反激式變換器

  �2(a)與�2(b)相比,�2(b)保護電路反�(yīng)速度更快及準�。首�,它把比較放大器的限流驅(qū)動的門檻電壓預(yù)置在一個比晶體管的門檻電壓Vbe更精確的范圍�(nèi);第�,它把所�(yù)置的門檻電壓取得足夠小,其典型值只�100mV�200mV,因�,可以把限流取樣電阻Rsc的值取得較�,這樣就減小了功�,提高了電源的效��

  當AC輸入電壓�90�264V范圍�(nèi)變化,且輸出同等功率�,則變壓器初級的尖峰電流相差很大,導(dǎo)致高、低端過流保護點嚴重漂移,不利于過流點的一致�。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(yù)�,以達到高低端的過流保護點盡量一��

  1.2 用于基極�(qū)動電路的限流電路

  在一般情況下,都是利用基極驅(qū)動電路把電源的控制電路和開關(guān)晶體管隔離開�。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�。在�3中,控制電路與輸出電路共�。工作原理如下:

  電路正常工作�,負載電流IL流過電阻Rsc�(chǎn)生的壓降不足以使S1�(dǎo)�,由于S1在截止時IC1=0,電容器C1處于未充電狀�(tài),因此晶體管S2也截歀如果負載側(cè)電流增加,使IL達到一個設(shè)定的值,使得ILRsc=Vbe1+Ib1R1,則S1�(dǎo)通,使電容器C1充電,其充電時間常數(shù)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�(fā)生時,為使電容器C1能夠快速放電,�(yīng)當選擇R4R3。R2的選用原則為Ib1max=(Vin-Vbe1)/R1,IC1=β×Ib1max,則R2≥(Vin-Vcesat1)R1/(V1-Vbe1�。如果參�(shù)�(shè)計正確,由VC1所�(chǎn)生的偏壓足以使S2快速進入�(dǎo)通狀�(tài),通過S2的集電極輸出可以進一步關(guān)閉PWM的驅(qū)動信�。當過載�(xiàn)象解除后,電路可以自動恢�(fù)到正常工作狀�(tài)�

  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�,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�,就為電源效率的提高�(chuàng)造了一定的條件�

  �4電路工作原理如下:利用電流互感器T2�(jiān)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(chǎn)生壓�。二極管D3對脈沖電流進行整流,經(jīng)整流后由電阻R2和電容C1進行平滑濾波。當�(fā)生過載現(xiàn)象時,電容器C1兩端電壓迅速增�,使齊納管D4�(dǎo)通,�(qū)動晶體管S1�(dǎo)�,S1集電極的信號可以用來作為電源變換器調(diào)節(jié)電路的驅(qū)動信號�

  電流互感器可以用鐵氧體磁芯或MPP�(huán)型磁芯來繞制,但要經(jīng)過反�(fù)實驗,以確保磁芯不飽�。理想的電流互感器應(yīng)該達到匝�(shù)比是電流�。�?;ジ衅鞯腘p=1,Ns=NpIpR1/(Vs+VD3)。具體繞制數(shù)�(jù)還要�(jīng)過實驗調(diào)�,使其性能達到狀�(tài)�

  1.4 �555做限流電�

  �5�555集成時基電路的基本框圖�

  555集成時基電路是一種新穎的、多用途的模擬集成電路,有LM555,RCA555�5G1555�,其基本性能都是相同的,用它組成的延時電�、單�(wěn)�(tài)振蕩器、多諧振蕩器及各種脈沖調(diào)制電�,用途十分廣泛,也可用于直接變換器的控制電路�

  �

  555時基電路由分壓器R1、R2、R3,兩個比較器,RS觸發(fā)器以及兩個晶體管等組�,電路在5�18V范圍�(nèi)均能工作。分壓器提供偏壓給比較器1的反相輸入端,電壓為2Vcc/3,提供給比較�2的同相輸入端電壓為Vcc/3,比較器的另兩個輸入端�2、腳6分別為觸�(fā)和門�,比較器輸出控制RS觸發(fā)器,觸發(fā)器輸出供給輸出級以及晶體管V1的基�。當觸發(fā)器輸出置高時,V1�(dǎo)�,接通腳7的放電電路;當觸�(fā)器輸出為低時,V1截止,輸出級提供一個低的輸出阻�,并且將觸發(fā)器輸出脈沖反�。當觸發(fā)器輸出置高時,腳3輸出的電壓為低電�,觸�(fā)器輸出為低時,腳3輸出的電壓為高電�。輸出級能夠提供的電流為200mA,晶體管V2是PNP�,它的發(fā)射極接內(nèi)部基準電壓Vr,Vr的取值總是小于電源電壓Vcc,因此,若將V2的基極(�4�(fù)位)接到Vcc�,V2的基—射極為反偏,晶體管V2截止�

  �

  �6為用555做限流保護的電路,其工作原理如下:UC384X與S1及T1組成一個基本的PWM變換器電�。UC384X系列控制IC有兩個閉�(huán)控制回路,一個是輸出電壓Vo反饋至誤差放大器,用于同基準電壓Vref比較之后�(chǎn)生誤差電壓(為了防止誤差放大器的自激�(xiàn)象產(chǎn)生,直接把腳2對地短接�;另一個是變壓器初級電感中的電流在T2次級檢測到的電流值在R8及C7上的電壓,與誤差電壓進行比較后產(chǎn)生調(diào)制脈沖的脈沖信號。當�,這些均在時鐘所�(shè)定的固定頻率下工�。UC384X具有良好的線性調(diào)整率,能達到0.01�/V;可明顯地改善負載調(diào)整率;使誤差放大器的外電路補償網(wǎng)�(luò)得到簡化,穩(wěn)定度提高并改善了頻響,具有更大的增益帶寬乘積。UC384X有兩種關(guān)閉技�(shù);一是將�3電壓升高超過1V,引起過流保護開�(guān)�(guān)閉電路輸�;二是將�1電壓降到1V以下,使PWM比較器輸出高電平,PWM鎖存器復(fù)�,關(guān)閉輸�,直到下一個時鐘脈沖的到來,將PWM鎖存器置�,電路才能重新啟�。電流互感器T2�(jiān)視著T1的尖峰電流�,當�(fā)生過載時,T1的尖峰電流迅速上�,使T2的次級電流上升,�(jīng)D1整流,R9及C7平滑濾波,送到IC1的腳3,使IC1的腳1電平下降(注意:接IC1�1的R3,C4必須接成開環(huán)模式,如接成閉環(huán)模式則過流時555的腳7放電端無法放電)。IC1的腳1與IC2的腳6相連接,使IC2的比較器1同相輸入端的電壓降低,觸�(fā)器Q輸出高電�,V1�(dǎo)�,IC2的腳7放電,使IC1的腳1電平被拉低于1V,則IC1輸出�(guān)�,S1因無柵極�(qū)動信號而關(guān)閉,使電路得到保�。若過流不消�,則重復(fù)上述過程,IC1重新進入啟動、關(guān)�、再啟動、再�(guān)閉的循環(huán)狀�(tài),即“打嗝”現(xiàn)�。而且,過負載期間,重�(fù)進行著啟振與停振,但停振時間長,啟振時間�,因此電源不會過熱,這種過負載保護稱為周期保護方式(當輸入端輸入電壓變化范圍較大�,仍可使�、低端的過流保護點基本相同)。其振蕩周期�555單穩(wěn)多諧振蕩器的RC時間常數(shù)τ決定,本例中τ=R1C1,直到過載現(xiàn)象消�,電路才可恢�(fù)正常工作。電流互感器T2的選擇同1.3的互感器計算方法�

  �

  �6電路,可以用在單端反激式或單端正激式變換器�,也可用在半橋式、全橋式或推挽式電路中,只要IC1有反饋控制端及基準電壓端即可,當�(fā)生過流現(xiàn)象時,用555電路的單�(wěn)�(tài)特性使電路工作在“打嗝”狀�(tài)下�

  1.5 幾種過流保護方式的比�

  幾種過流保護方式的比較如�1所��

  �1 幾種過流保護方式的比�

幾種過流保護方式的比較

  2 �(jié)�

  作者經(jīng)過長期的研發(fā)與生�(chǎn),比較了開關(guān)電源中所使用的各種過流保護方�,可以說,幾乎沒有一種過流保護方式是�,只有用555的保護方式性能價格比是較好�。一般來�,選擇何種過流保護方�,都要結(jié)合具體的電路變換模式而做出相�(yīng)的選�。只有經(jīng)過認真的分析,大量的實驗才能找到最適合的過流保護方�。保護方式設(shè)計的合理、有�,意味著�(chǎn)品的可靠性才可能更高�

在可控硅整流裝置中的�(yīng)�

  可控硅整流裝置不論在電力系統(tǒng)還是在現(xiàn)代工�(yè)的各行各�(yè)中已得到廣泛�(yīng)用。如冶金行業(yè)�,應(yīng)用于金屬冶煉;化工行�(yè)�,應(yīng)用于電解、電�;在電力系統(tǒng)�,既可作為系�(tǒng)控制、保護的工作電源,同是又可作為蓄電池的充電裝�。可控硅整流裝置要安全運�,必須有可靠的保護措施。在整流裝置過載或者輸出短路時,保護措施能起到安全保護作用,使裝置不受損壞。我們把這種保護功能,歸�(jié)為限流保護和過流保護。這兩種保護是否可靠,直接影響�(chǎn)品的�(zhì)�,代表著�(chǎn)品的水平�

  1 可控硅整流裝置的控制原理

  1.1可控硅整流裝置的開環(huán)控制

  以三相全控橋為例,可控硅整流裝置的輸出電壓Ud與可控硅控制角α之間的�(guān)系如下:

  Ud=1.35Uzlcosα

  式中:Ud—可控硅整流裝置輸出電壓;Uzl—整流變壓器二次�(cè)線電�;α—可控硅控制��

  由上式可以看�,可控硅整流裝置的輸出電壓與可控硅控制角α有關(guān)系。在如圖1中α實際上由控制電壓Uy決定,即當Uy增加時,α增大,則Ud�??;當Uy減小�,α減小,則Ud增大。所以調(diào)節(jié)Uy的大�,可以控制整流裝置的輸出電壓值。這便�(gòu)成了整流裝置的開�(huán)控制�

  1.2可控硅整流裝置的閉環(huán)控制

  整流裝置的輸出通過�(diào)節(jié)單元,來控制Ud這一過程便構(gòu)成了可控硅整流裝置的閉環(huán)控制。如�2所�。圖中的�(diào)節(jié)單元為整個控制系�(tǒng)的核�,這個調(diào)節(jié)單元�(shè)計的如何,決定著整流裝置能否正常工作�

  1.3�(diào)節(jié)單元

  �(diào)節(jié)單元的構(gòu)成及原理如圖3所�。圖中Uvf為裝置Uif為裝置輸出電壓或電流反饋信號。當只有電壓反饋Uvf�,整流裝置工作在恒壓狀�(tài)�;當只有電流反饋UIf�,裝置工作在恒流狀�(tài)�。R1、R3、R5、C、N�(gòu)成了PI�(diào)節(jié)器。PI�(diào)節(jié)器輸出Uy與電壓反饋Uvf之間的關(guān)系為�

  由式中可以看�,Uvf決定Uy,從而決定整流裝置的輸出電壓Ud,這樣就構(gòu)成了一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這一�(diào)節(jié)單元的加�,使整流裝置自動工作在恒壓或恒流狀�(tài)�

節(jié)單元的構(gòu)成及原理圖

  當電�(wǎng)波動或整流裝置負載變化而引起整流裝置輸出電壓高于輸出整定值時,電壓反饋Uvf升高,Uy也升�,則控制角α增大。由整流裝置輸出電壓公式可以看出,Ud相應(yīng)減小,控制角α減小,使Ud增大,以達到整定�。通過這種自動�(diào)節(jié),使整流裝置達到�(wěn)定電壓的目的。整流裝置處于恒流工作狀�(tài)�,其�(diào)節(jié)過程與恒壓狀�(tài)的調(diào)節(jié)過程原理相同,這里不再贅述�

  RP1為整流裝置輸出電壓或電流值的�(shè)置電位器,通過RP1的調(diào)�,使裝置輸出一定的電壓或電流��

  2 限流保護

  限流保護是在整流裝置工作在恒壓狀�(tài)下所加入的一種保護措�。當整流裝置輸出電流超過額定值時,這種保護能使整流裝置的輸出電壓降低,并使裝置繼續(xù)運行,如�4所��

  電流反饋信號Uif�(jīng)過運算放大器放大,再�(jīng)過反相器倒相后,與電壓反饋信號Uvf通過選通電路相迭加在一�,做為PI�(diào)節(jié)器的輸入。這里UIfˊ=R7/R5(R2/R1•Uif+R2/R3?URP1�

  運算放大器N1與反相器N2完成電流反饋信號的放大作�。電路應(yīng)該這樣�(shè)計和�(diào)�,當整流裝置輸出電流超出輸出電流額定�,即|UIf|>|URP1|時,保證UIFˊ>Uvf;當整流裝置輸出電流低于輸出電流額定值即|UIf|<|URP1|�,UIFˊ< Uvf,而選通電路能保證�

  當UIFˊ>時,Uˊ=UIFˊ-Uv2

  當UIFˊ<�,Uˊ=Uvf-Uv1

  Uv1—二極管V1的管壓降,Uv2—二極管V2的管壓降�

  綜上所�,電流反饋與電壓反饋�(jīng)選通電路后,保證只有一個信號作為PI�(diào)節(jié)器的輸入。也就是�,當整流裝置輸出電流超出電流額定值時,則只有電流反饋作為PI�(diào)節(jié)器的輸入,那么整流裝置處于恒流工作狀�(tài)。當整流裝置輸出電流低于電流額定值時,只有電壓反饋作為PI�(diào)節(jié)器的輸入,則整流裝置工作在恒壓狀�(tài)��

  由此可見,整流裝置只有加入限流保護后,在超負荷運行時,電流能受到有效的抑�,元件不會被損壞,裝置能得到可靠的保��

  在實際工作中,用于給蓄電池充電的整流裝置,就�(jīng)常工作在限流狀�(tài)�。比�,在為蓄電池恒壓充電�,由于電池初始電壓很�,整流裝置的輸出電壓與電池端電壓之間的壓差較大,則充電電流很�,超出整流裝置輸出的額定電流,但由于整流裝置中設(shè)有限流作用,裝置便可在額定輸出狀�(tài)下恒流運�,隨著電池電壓的上升,使整流裝置逐步脫離限流�(huán)節(jié),自動轉(zhuǎn)為恒壓工作狀�(tài)。圖5給出了整流裝置在為蓄電池充電時的電壓、電流與時間的關(guān)系曲線�

  3  過流保護

  用在可控硅整流裝置中的過流保護方式很�,如快速熔斷器保護、快速電流繼電器保護、自動空氣斷路器保護和電子回路保護等。根�(jù)多年的實際經(jīng)�,我們采用電子回路作整流裝置的過流保護措�,其原理見圖6所��

  可控硅觸�(fā)脈沖是由一個電平信號Uk來控�,當Uk為�1”電平時,可控硅觸發(fā)脈沖�(guān)�,則整流裝置輸出�0。當Uk為�0”電平時,可控硅觸發(fā)脈沖正常輸出,則整流裝置輸出電壓為Ud�

  �6�,R1,R2,N組成比較�,通過RP1來設(shè)置過流保護值;V1為鉗位二極管,Uk為可控硅觸發(fā)脈沖輸出的控制信號。當整流裝置輸出電流超出額定值的20%�,電流反饋UIF>URP1,則比較器輸出為�0”電�,使三極管V2截止,此時Uk為�1”電�,使整流裝置輸出電壓�0。鉗位二極管V1保證系統(tǒng)在出�(xiàn)過流�,比較器輸出電位為�0”電�,使整流裝置可靠�(guān)��

  這種過流保護電路的設(shè)計,確保了在整流裝置輸出正負極短路時,不致于損壞裝置中的任何元件。實踐證明,這種電路工作極為可靠�

  4 �(jié)�

  限流、過流保護在可控硅整流裝置中的完善,使整流裝置運行起來更加安全可�。這種保護措施不僅適用于可控硅整流裝置,而且同樣適用于開�(guān)電源和其它直流穩(wěn)壓裝�,在電力系統(tǒng)�,為無人職守提供了可�,并為全自動整流裝置的誕生奠定了基礎(chǔ)�

維庫電子�,電子知識,一查百��

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