開(kāi)關(guān)電源常用的幾種保護電路
評估開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量指標應該是以安全性、牢靠性為榜首原則。在電氣技能指標滿(mǎn)意正常運用請求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)毛病狀況下安全牢靠地作業(yè)，有必要規劃多種維護電路，比方防浪涌的軟啟動(dòng)，防過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、缺持平維護電路。開(kāi)關(guān)電源常用的幾種維護電路如下：
1、防浪涌軟啟動(dòng)電路
開(kāi)關(guān)電源的輸入電路大都選用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線(xiàn)電源合閘剎那間，因為電容器上的初始電壓為零，電容器充電剎那間會(huì )構成很大的浪涌電流，特別是大功率開(kāi)關(guān)電源，選用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達100A以上。在電源接通剎那間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì )致使輸入熔斷器燒斷或合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過(guò)流損壞；輕者也會(huì )使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。上述景象均會(huì )構成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常作業(yè)，為此簡(jiǎn)直一切的開(kāi)關(guān)電源都設置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路，以確保電源正常而牢靠運轉。
選用晶閘管V和限流電阻R1構成的防浪涌電流電路。在電源接通剎那間，輸入電壓經(jīng)整流橋（D1～D4）和限流電阻R1對電容器C充電，約束浪涌電流。當電容器C充電到約80％額外電壓時(shí)，逆變器正常作業(yè)。經(jīng)主變壓器輔佐繞組發(fā)作晶閘管的觸發(fā)信號，使晶閘管導通并短路限流電阻R1，開(kāi)關(guān)電源處于正常運轉狀況。
選用繼電器K1和限流電阻R1構成的防浪涌電流電路。電源接通剎那間，輸入電壓經(jīng)整流（D1～D4）和限流電阻R1對濾波電容器C1充電，防止接通剎那間的浪涌電流，一起輔佐電源Vcc經(jīng)電阻R2對并接于繼電器K1線(xiàn)包的電容器C2充電，當C2上的電壓到達繼電器K1的動(dòng)作電壓時(shí)，K1動(dòng)作，其觸點(diǎn)K1.1閉合而旁路限流電阻R1，電源進(jìn)入正常運轉狀況。限流的推遲時(shí)刻取決于時(shí)刻常（R2C2），一般挑選為0.3～0.5s。為了進(jìn)步推遲時(shí)刻的準確性及防止繼電器動(dòng)作顫動(dòng)振動(dòng)，推遲電路可選用圖3所示電路代替RC推遲電路。
2、過(guò)壓、欠壓及過(guò)熱維護電路
進(jìn)線(xiàn)電源過(guò)壓及欠壓對開(kāi)關(guān)電源構成的損害，首要表如今器材因接受的電壓及電流應力超出正常運用的規模而損壞，一起因電氣功能指標被損壞而不能滿(mǎn)意請求。因而對輸入電源的上限和下限要有所約束，為此選用過(guò)壓、欠壓維護以進(jìn)步電源的牢靠性和安全性。
溫度是影響電源設備牢靠性的最重要因素。依據有關(guān)材料剖析標明，電子元器材溫度每增加2℃，牢靠性下降10％，溫升50℃時(shí)的作業(yè)壽數只需溫升25℃時(shí)的1/6，為了防止功率器材過(guò)熱構成損壞，在開(kāi)關(guān)電源中亦需要設置過(guò)熱維護電路。
僅用一個(gè)4對比器LM339及幾個(gè)分立元器材構成的過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱維護電路。取樣電壓能夠直接從輔佐操控電源整流濾波后取得，它反映輸入電源電壓的改變，對比器共用一個(gè)基準電壓，N1.1為欠壓對比器，N1.2為過(guò)壓對比器，調整R1能夠調理過(guò)、欠壓的動(dòng)作閾值。N1.3為過(guò)熱對比器，RT為負溫度系數的熱敏電阻，它與R7構成分壓器，緊貼于功率開(kāi)關(guān)器材IGBT的表面，溫度增加時(shí)，RT阻值下降，恰當挑選R7的阻值，使N1.3在設定的溫度閾值動(dòng)作。N1.4用于外部毛病應急關(guān)機，當其正向端輸入低電平時(shí)，對比器輸出低電平封閉PWM驅動(dòng)信號。因為4個(gè)對比器的輸出端是并聯(lián)的，無(wú)論是過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱任何一種毛病發(fā)作，對比器輸出低電平，封閉驅動(dòng)信號使電源停止作業(yè)，完結維護。如將電路稍加改變，亦可使對比器輸出高電平封閉驅動(dòng)信號。
3、缺相維護電路
因為電網(wǎng)本身原因或電源輸入接線(xiàn)不牢靠，開(kāi)關(guān)電源有時(shí)會(huì )呈現缺相運轉的狀況，且掉相運轉不易被及時(shí)發(fā)現。當電源處于缺相運轉時(shí)，整流橋某一臂無(wú)電流，而其它臂會(huì )嚴峻過(guò)流構成損壞，一起使逆變器作業(yè)呈現異常，因而有必要對缺相進(jìn)行維護。檢查電網(wǎng)缺相一般選用電流互感器或電子缺相檢查電路。因為電流互感器檢查本錢(qián)高、體積大，故開(kāi)關(guān)電源中一般選用電子缺相維護電路。圖5是一個(gè)簡(jiǎn)略的電子缺相維護電路。三相平衡時(shí)，R1～R3結點(diǎn)H電位很低，光耦合輸出近似為零電平。當缺相時(shí)，H點(diǎn)電位舉高，光耦輸出高電平，經(jīng)對比器進(jìn)行對比，輸出低電平，封閉驅動(dòng)信號。對比器的基準可調，以便調理缺相動(dòng)作閾值。該缺相維護適用于三相四線(xiàn)制，而不適用于三相三線(xiàn)制。電路稍加改變，亦可用高電平封閉PWM信號。
一種用于三相三線(xiàn)制電源缺相維護電路，A、B、C缺任何一相，光耦器輸出電平低于對比器的反相輸入端的基準電壓，對比器輸出低電平，封閉PWM驅動(dòng)信號，封閉電源。對比器輸入極性稍加改變，亦可用高電平封閉PWM信號。這種缺相維護電路選用光耦阻隔強電，安全牢靠，RP1、RP2用于調理缺相維護動(dòng)作閾值。
4、短路維護
開(kāi)關(guān)電源同其它電子設備相同，短路是最嚴峻的毛病，短路維護是不是牢靠，是影響開(kāi)關(guān)電源牢靠性的重要因素。IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）兼有場(chǎng)效應晶體管輸入阻抗高、驅動(dòng)功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓下降的特色，是現在中、大功率開(kāi)關(guān)電源最普遍運用的電力電子開(kāi)關(guān)器材。IGBT能夠接受的短路時(shí)刻取決于它的飽和壓降和短路電流的巨細，一般僅為幾μs至幾十μs。短路電流過(guò)大不只使短路接受時(shí)刻縮短，并且使關(guān)斷時(shí)電流下降率di/dt過(guò)大，因為漏感及引線(xiàn)電感的存在，致使IGBT集電極過(guò)電壓，該過(guò)電壓可在器材內部發(fā)作擎住效應使IGBT確定失效，一起高的過(guò)電壓會(huì )使IGBT擊穿。因而，當呈現短路過(guò)流時(shí)，有必要采納有用的維護措施。為了完結IGBT的短路維護，則有必要進(jìn)行過(guò)流檢查。適用IGBT過(guò)流檢查的辦法，一般是選用霍爾電流傳感器直接檢查IGBT的電流Ic，然后與設定的閾值對比，用對比器的輸出去操控驅動(dòng)信號的關(guān)斷；或許選用直接電壓法，檢查過(guò)流時(shí)IGBT的電壓降Vce，因為管壓降富含短路電流信息，過(guò)流時(shí)Vce增大，且基本上為線(xiàn)性關(guān)系，檢查過(guò)流時(shí)的Vce并與設定的閾值進(jìn)行對比，對比器的輸出操控驅動(dòng)電路的關(guān)斷。在短路電流呈現時(shí)，為了防止關(guān)斷電流的di/dt過(guò)大構成過(guò)電壓，致使IGBT確定無(wú)效和損壞，以及為了下降電磁攪擾，一般選用軟降柵壓和軟關(guān)斷歸納維護技能。在檢查到過(guò)流信號后首先是進(jìn)入降柵維護程序，以下降毛病電流的幅值，延伸IGBT的短路接受時(shí)刻。在降柵動(dòng)作后，設定一個(gè)固定推遲時(shí)刻用以判別毛病電流的真實(shí)性，如在推遲時(shí)刻內毛病不見(jiàn)則柵壓主動(dòng)康復，如毛病依然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序，使柵壓降至0V以下，關(guān)斷IGBT的驅動(dòng)信號。因為在降柵壓程序期間集電極電流已減小，故軟關(guān)斷時(shí)不會(huì )呈現過(guò)大的短路電流下降率和過(guò)高的過(guò)電壓。選用軟降柵壓及軟關(guān)斷柵極驅動(dòng)維護，使毛病電流的幅值和下降率都能受到約束，過(guò)電壓下降，IGBT的電流、電壓運轉軌道能確保在安全區內。
在規劃降柵壓維護電路時(shí)，要準確挑選降柵壓起伏和速度，假如降柵壓起伏大（比方7.5V），降柵壓速度不要太快，一般可選用2μs下降時(shí)刻的軟降柵壓，因為降柵壓起伏大，集電極電流已經(jīng)較小，在毛病狀況封閉柵極可快些，不用選用軟關(guān)斷；假如降柵壓起伏較�。ū确�5V以下），降柵速度可快些，而封閉柵壓的速度有必要慢，即選用軟關(guān)斷，以防止過(guò)電壓發(fā)作。為了使電源在短路毛病狀況不中止作業(yè)，又能防止在原作業(yè)頻率下接連進(jìn)行短路維護發(fā)作熱堆集而構成IGBT損壞，選用降柵壓維護即可不用在一次短路維護當即封閉電路，而使作業(yè)頻率下降（比方1Hz擺布），構成間歇“打嗝”的維護辦法，毛病消除后即康復正常作業(yè)。
下面介紹幾種IGBT短路維護的有用電路及作業(yè)原理。
運用IGBT過(guò)流時(shí)Vce增大的原理進(jìn)行維護的電路，用于專(zhuān)用驅動(dòng)器EXB841。EXB841內部電路能極好地完結降柵及軟關(guān)斷，并具有內部推遲功用，以消除攪擾發(fā)作的誤動(dòng)作。富含IGBT過(guò)流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極電壓監督腳6，而是經(jīng)迅速康復二極管VD1，經(jīng)過(guò)對比器IC1輸出接至EXB841的腳6，其目的是為了消除VD1正向壓降隨電流不一樣而異，選用閾值對比器，進(jìn)步電流檢查的準確性。假如發(fā)作過(guò)流，驅動(dòng)器EXB841的低速堵截電路慢速關(guān)斷IGBT，以防止集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器材。
運用電流傳感器進(jìn)行過(guò)流檢查的IGBT維護電路，電流傳感器（SC）初級（1匝）串接在IGBT的集電極電路中，次級感應的過(guò)流信號經(jīng)整流后送至對比器IC1的同相輸入端，與反相端的基準電壓進(jìn)行對比，IC1的輸出送至具有正反饋的對比器IC2，其輸出接至PWM操控器UC3525的輸出操控腳10。不過(guò)流時(shí)，VA
(a) 電路原理圖
(b) PWM操控電路的輸出驅動(dòng)波形圖
當呈現過(guò)流時(shí)，電流傳感器檢查的整流電壓增加，VA>Vref，VB為高電平，C3充電使VC>Vref，IC2輸出高電平（大于1.4V），封閉PWM操控電路。因無(wú)驅動(dòng)信號，IGBT封閉，而電源停止作業(yè)，電流傳感器無(wú)電流流過(guò)，使VA>t1，可確保電源進(jìn)入睡眠狀況。正反饋電阻R7確保IC2只需高、低電平兩種狀況，D5，R1，C3充放電電路，確保IC2輸出不致在高、低電平之間頻頻改變，即IGBT不致頻頻注冊、關(guān)斷而損壞。
運用電流傳感器進(jìn)行過(guò)流檢查的IGBT維護電路圖9是運用IGBT（V1）過(guò)流集電極電壓檢查和電流傳感器檢查的歸納維護電路，電路作業(yè)原理是：負載短路（或IGBT因其它毛病過(guò)流）時(shí)，V1的Vce增大，V3門(mén)極驅動(dòng)電流經(jīng)R2，R3分壓器使V3導通，IGBT柵極電壓由VD3所約束而降壓，約束IGBT峰值電流起伏，一起經(jīng)R5C3推遲使V2導通，送去軟關(guān)斷信號。另一方面，在短路時(shí)經(jīng)電流傳感器檢查短路電流，經(jīng)對比器IC1輸出的高電平使V3導通進(jìn)行降柵壓，V2導通進(jìn)行軟關(guān)斷。
運用檢查IGBT集電極電壓的過(guò)流維護原理，選用軟降柵壓、軟關(guān)斷及下降作業(yè)頻率維護技能的短路維護電路。
正常作業(yè)狀況，驅動(dòng)輸入信號為低電平時(shí)，光耦I(lǐng)C4不導通，V1，V3導通，輸出負驅動(dòng)電壓。驅動(dòng)輸入信號為高電平時(shí)，光耦I(lǐng)C4導通，V1截止而V2導通，輸出正驅動(dòng)電壓，功率開(kāi)關(guān)管V4作業(yè)在正常開(kāi)關(guān)狀況。發(fā)作短路毛病時(shí)，IGBT集電極電壓增大，因為Vce增大，對比器IC1輸出高電平，V5導通，IGBT完結軟降柵壓，降柵壓起伏由穩壓管VD2決議，軟降柵壓時(shí)刻由R6C1構成2μs。一起IC1輸出的高電平經(jīng)R7對C2進(jìn)行充電，當C2上電壓到達穩壓管VD4的擊穿電壓時(shí)，V6導通并由R9C3構成約3μs的軟關(guān)斷柵壓，軟降柵壓至軟關(guān)斷柵壓的推遲時(shí)刻由時(shí)刻常數R7C2決議，一般挑選在5～15μs。V5導通時(shí)，V7經(jīng)C4R10電路流過(guò)基極電流而導通約20μs，在降柵壓維護后將輸入驅動(dòng)信號閉鎖一段時(shí)刻，不再響應輸入端的關(guān)斷信號，以防止在毛病狀況下構成硬關(guān)斷過(guò)電壓，使驅動(dòng)電路在毛病存在的狀況下能履行一個(gè)完好的降柵壓和軟關(guān)斷維護過(guò)程。
V7導通時(shí)，光耦I(lǐng)C5導通，時(shí)基電路IC2的觸發(fā)腳2取得負觸發(fā)信號，555輸出腳3輸出高電平，V9導通，IC3被封閉，封閉時(shí)刻由守時(shí)元件R15C5決議（約1.2s），使作業(yè)頻率降至1Hz以下，驅動(dòng)器的輸出信號將作業(yè)在所謂的“打嗝”狀況，防止了發(fā)作短路毛病后仍作業(yè)在本來(lái)的頻率下，接連進(jìn)行短路維護致使熱堆集而構成IGBT損壞。只需毛病不見(jiàn)，電路又能康復到正常作業(yè)狀況。
開(kāi)關(guān)電源維護功用雖屬電源設備電氣功能請求的附加功用，但在惡劣環(huán)境及意外事故條件下，維護電路是不是完善并按預訂設置作業(yè)，對電源設備的安全性和牢靠性至關(guān)重要。檢驗技能指標時(shí)，應對維護功用進(jìn)行驗證。
開(kāi)關(guān)電源的維護計劃和電路構造具有多樣性，但對詳細電源設備而言，應挑選合理的維護計劃和電路構造，以使得在毛病條件下真實(shí)有用地完結維護。文中所述的維護電路能夠靈敏組合運用，以簡(jiǎn)化電路構造和下降本錢(qián)。
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