高频开关稳压电源的设计(4)

2019-04-15 13:26

子装置会出现过电流或短路故障,应该在过载及短路时对装置进行保护。

(2)电流信号的检测:电流检测信号用于反馈控制及保护环节,要求取样可靠、准确。电流信号的检测与传送对电力电子装置是一个很重要的环节。电流信号检测的关键是正确选择和使用检测元件。根据响应速度的快慢,电流检测元件可分为慢速型电流检测元件和快速型电流检测元件。

(3)输出过压保护:如果装置反馈环节出现问题,输出电压可能过高,影响负载的安全,此时应该采取封锁驱动信号的保护措施;但负载突变往往也会引起输出端电压短时变化,为了不出现误保护,过压保护一般应具有反延时特性,即过压越多,保护延时越短,反之则较长。反延时的保护思想也适用于过流等保护。输出过电压检测应该设置在输出端,输出是交流电压时可使用电压互感器(变压器)检测;输出是直流电压则可采用电阻分压或电压霍尔取样。

(4)输入瞬态电压抑制:交流电网上使用的用电设备由于受电磁感应、雷电天气的影响,常常会遭受瞬态高压的袭击,尤其在强烈的雷电发生时电网上瞬时产生数千伏高压是常有的事,其时间虽短,但它携带的能量足以在瞬间内损坏开关电源中的电子器件。应付这种瞬态电压的方法很多,一种简单的方法是在交流线路间放置金属氧化物压敏电阻MOV,这种器件是一种可变电阻,当瞬态电压出现时,其阻值迅速地下降到最低值,将输入电压限制在安全范围内,让瞬态能量消耗在电阻体内。选择这种器件必须遵守两条原则:一是MOV器件的额定电压应大于电源稳态最大工作电压的20%左右;二是应计算或估算电路可能遇到的瞬时冲击能量的大小以确定MOV器件吸收瞬态冲击电流的额定值,然后根据器件制造商提供的产品说明书选择合适的器件。

(5)输入欠压保护:如果输入电压过低,开关器件的工作电流将过大,可能超过其最大电流值而烧坏。如果蓄电池过低压供电,放电电流必然过大,可能造成蓄电池永久损坏。因此对有些装置需要设置欠压保护电路。

(6)过温保护:如果装置内部温度过高,可能是散热系统发生故障,也可能是严重过载,这样会威胁开关器件的安全,应该采取封锁驱动信号等保护措施。温度检测可以采用不同温度等级的常开或常闭温度开关。例如,70度的常闭温度开关是指:开关一般情况下闭合,温度达到或超过70度开关就断开。

(7)器件控制极保护:电力电子装置中所用的主开关器件以电压型开关器

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件占主导地位,它们的控制特性好,驱动功率小,但控制极比电流型开关器件容易损坏,应该注意控制极的保护。此外,开关管控制极的状态会影响器件的耐压水平。如BJT的基极反偏的集-射极击穿电压比基极开路时大的多。因此,开关管断态时,控制极最好加上反偏压。

(8)自锁式保护电路:如果在电路发生故障时,封锁驱动信号,故障消失后,立即放开驱动信号,不一定能够对装置起到保护作用。因为封锁了驱动信号,装置就停止运行,检测到的信号反映不出故障,装置可能会反复起、停,因此,对于短路等严重故障,应该采用自锁式保护电路。

保护电路的类型和控制方法比较多,应根据装置的特点和用户要求设计。

3.7整流器输出电路设计

全波整流、倍流整流、全桥整流是输出变换器中常用的几种副边整流电路。根据三种电路各自不同的特点,通常在输出电压较低的情况下(<100V)采用全波整流电路比较合适,而在高压输出的情况下,应采用全桥型整流电路。在输出电压非常低(<5V)的情况下,可以采用倍流整流电路。根据技术指标,采用全波整流电路,该电路由两个二极管构成,流过每个二极管的平均电等于电感电流平均值的一半。假设二极管的通态压降为Ud,每个二极管的通态损耗为Pdon=D×Ud×Il/2。

全波整流电路的电路图如图3.8所示。全波整流电路,可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组,从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2b,构成e2a、D1、Rfz与e2b、D2、Rfz,两个通电回路。

图3.8 全波整流电路电路图

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小结与体会

通过本次课程设计,我对高频开关稳压电源有了更进一步的了解,首先通过查找SG3525和电路范例的过程扩展了自己的视野;其次, 这次课程设计,我独立运用所学电力电子知识完成了系统设计。为了完成好这个课程设计,我查阅了大量关于开关电源方面的书籍及相关论文。通过做这些工作锻炼了我知识总结的能力,增强了我应用电力电子知识解决实际问题的能力,更提高了自己分析问题和解决问题的能力;第三, 通过这次课程设计,让我进一步理解了设计工作,加强了对产品安全和保护的了解。提高了我的实践与操作能力。虽然设计的过程是艰辛的,但收获更加丰富。

要实现题目要求的功能,我必须全心地投入其中,养成一种敢于钻研的习惯。此时我更加体会到了多看专业书的重要性,课本上的知识远远不能满足实际设计的要求,课本着重于原理的分析,而实际设计却要求各种参数的计算。在本次设计中,我查阅了大量专业期刊,并与同学相互探讨设计中遇到的各种问题,最终完成设计。另外,在使用protel软件绘制电路图的过程中,我学到了很多实用的技巧,这也为以后的工作打下了很好的基础。

通过这次课程设计,我充分锻炼了自己的查阅资料能力、设计能力、解决问题的能力。要想真正提高自己的能力,不能只局限于课本,要学习各方面的知识,要多从实践中总结经验,从而达到理论与实践的相互融合。

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参考文献

[1]杨荫福、段善旭、朝泽云,电力电子装置及系统,清华大学出版社,2006年9月

[2]曲学基、王增福、曲敬铠,新编高频开关稳压电源,电子工业出版社,2005年11月

[3]周志敏、周纪海,开关电源实用技术,人们邮电出版社,2003年7月 [4]张占松、蔡宣三,开关电源的原理与设计,电子工业出版社,2002年5月 [5]陈坚,电力电子学(第二版),高等教育出版社,2004年

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总电路图:

附录

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