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鈴流電源的過流保護?? 摘要:過流保護的設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。 關鍵詞:正弦波脈寬調制;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,過流保護成為影響該鈴流電源的電氣性能和可靠性的關鍵。 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,導致其輸入側電流變化也較大,這就給限流保護的實現帶來一定困難。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,出現削頂現象〔如圖2(b)所示〕;而當輸入電壓上升到DC72V時又不能可靠地實現過流保護,易造成鈴流電源因過負荷而損壞。因此,要想精確地實現過流保護只能對輸出側電流進行限制。
(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: ??? UR8×R4/(R1+R4)-UD5<0.6V
圖3? 方案1原理圖 ??? U2A輸出負電壓,D4不導通,Q1不動作;同理,負半周時,Q1也不動作。如果電路有過流現象產生,假定在正半周過流,在R8上產生正電壓UR8,使b點的電位: ??? UR8×R4/(R1+R4)-UD5>0.6V ??? U2A輸出正電壓,D4導通,Q1動作,通過光耦U1送出關斷信號,電源截止。同理,在負半周產生過流時,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,U2A輸出電壓不足以使D3(9.1V)或D4(9.1V)擊穿導通,Q1或Q2不導通,過流保護電路不動作。如果電路有過流現象產生,假定在正半周過流,U2A輸出負電壓,使得D3擊穿,D4導通,Q2導通,電流流經D2、U1、R8、Q2、R1,光耦U1輸出過流信號,電源截止。若負半周過流,U2A輸出正電壓,使得D4擊穿,D3導通,Q1導通,電流流經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,U2A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的導通電壓的和,約為12V。當溫度升至90℃(當環(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U2A輸出負電壓時,可得出相同的結果。 4? 結語 ??? 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?,這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,并得到用戶的好評。?? |
鈴流電源的過流保護
- 電源(262167)
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