鈴流電源的過流保護??

摘要：過流保護的設(shè)計是否合理直接影響到鈴流電源的電氣性能和可靠性。對鈴流電源的過流保護機理進行了分析，并給出了一種簡單、穩(wěn)定、可靠的保護方法。

關(guān)鍵詞：正弦波脈寬調(diào)制；鈴流電源；過流保護

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。在研制過程中，我們發(fā)現(xiàn)，過流保護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分析

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

圖1? 鈴流模塊原理框圖

??? 實際上SPWM電路已帶有限流保護，對輸入電流進行限制，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，這就給限流保護的實現(xiàn)帶來一定困難。就該鈴流電源來說，在額定輸出情況下，如果我們在額定輸入電壓（DC48V）時整定過流保護點，那么在輸入電壓下降到DC36V時，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時又不能可靠地實現(xiàn)過流保護，易造成鈴流電源因過負荷而損壞。因此，要想精確地實現(xiàn)過流保護只能對輸出側(cè)電流進行限制。

(a)? 正常輸出電壓波形??? (b)? 限流后輸出電壓波形

圖2? 限流保護的影響

3? 限流保護的兩個方案

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，在正半周D₁不導(dǎo)通，a點電位為0.6V（這里，我們假定二極管的管壓降均為0.6V）,b點電位為：

??? U_R8×R₄/（R₁＋R₄）－U_D5<0.6V

圖3? 方案1原理圖

??? U_2A輸出負電壓，D₄不導(dǎo)通，Q₁不動作；同理，負半周時，Q₁也不動作。如果電路有過流現(xiàn)象產(chǎn)生，假定在正半周過流，在R₈上產(chǎn)生正電壓U_R8，使b點的電位：

??? U_R8×R₄/（R₁＋R₄）－U_D5>0.6V

??? U_2A輸出正電壓，D₄導(dǎo)通，Q₁動作，通過光耦U₁送出關(guān)斷信號，電源截止。同理，在負半周產(chǎn)生過流時，保護電路動作，也能使鈴流電源截止。

??? 該電路在理論上是可行的，但是在實驗時我們發(fā)現(xiàn)過流保護點隨溫度的變化而變化，室溫時過流保護點為0.41A，環(huán)境溫度70℃（殼溫90℃）時，過流保護點降為0.28A，不能輸出額定功率。仔細分析發(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，過流保護點降低，電源就不能輸出額定功率。溫度降低，二極管的管壓降升高，過流保護點也升高。如果環(huán)境溫度變化不大，該電路還是一種不錯的保護方案，但環(huán)境溫度變化較大時就不可行了。

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，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，過流保護電路不動作。如果電路有過流現(xiàn)象產(chǎn)生，假定在正半周過流，U_2A輸出負電壓，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輸出過流信號，電源截止。若負半周過流，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輸出過流信號，電源截止。這樣，只要電路有過流現(xiàn)象發(fā)生，保護電路就會立即動作，對電源進行保護，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輸出的電壓能使過流保護電路動作的最小正電壓為：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，D₃、Q₁、U₁、D₁導(dǎo)通電壓降低，但D₄的穩(wěn)壓值卻有所升高，起到一定的溫度補償作用，此時所需的最小正電壓約為11.55V，過流保護點變化了(12－11.55)/12=3.75％。按此計算，如果室溫下過流點整定為0.42A，環(huán)境溫度70℃時的過流點變?yōu)榧s0.404A。模塊仍能輸出額定功率。當(dāng)U_2A輸出負電壓時，可得出相同的結(jié)果。

4? 結(jié)語

??? 實驗證明，這是一種可行的保護方案，如果常溫時整定過流保護點為0.42A，輸入電壓在DC 36V至DC 72V間，環(huán)境溫度0℃至70℃，可將過流點穩(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，提高整機效率?？傊@個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。??