通信工程師設(shè)備環(huán)境考試保護(hù)電路

3.2.6 保護(hù)電路

高頻開關(guān)整流器的輸入、輸出保護(hù)功能是必不可少的。其輸入端保護(hù)±要是針對輸入電源電壓過高和瞬時尖峰電壓對高頻開關(guān)整流器輸入回路及功率開關(guān)管的損壞。輸出端保護(hù)主要是輸出電流限制保護(hù)，整流器輸出端負(fù)載的短路或嚴(yán)重過載都會造成整流器輸出端和變換器的損壞。

1.輸入瞬態(tài)過壓保護(hù)

高頻開關(guān)整流器的輸入端產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓的主要原因是電網(wǎng)上的電感性用電設(shè)備的開、關(guān)，雷雨天氣時的雷電感應(yīng)等都會在電網(wǎng)電壓上疊加尖峰電壓。這種尖峰電壓的幅度可達(dá)數(shù)千伏，其能量有強(qiáng)有弱，一般雷電引起的尖峰電壓的能量較強(qiáng)，可對整流器造成嚴(yán)重的損壞。為了防止瞬間過電壓對電源造成的損壞，通常在整流器的輸入電路并聯(lián)金屬氧化鋅壓敏電阻，如圖3-19所示。圖中Rv為氧化鋅壓敏電阻，其前面的電路為共模、差模濾波器，當(dāng)尖峰電壓由交流輸入口竄入電源經(jīng)過濾波器后有了一定的衰減，如果衰減后的電壓尖峰值仍然大于壓敏電阻的壓敏電壓值，則壓敏電阻的阻值急劇下降，把尖峰電壓的能量吸收掉，從而使電源輸入端得到保護(hù)。選擇壓敏電阻一定要合理選擇其連續(xù)工作電壓值，由于壓敏電阻擊穿電壓值的離散性較大，所以選擇其連續(xù)工作電壓值時一般要高于整流器輸入電壓上限值的20%左右，而且要按估算最大吸收能量來選擇壓敏電阻的允許吸收能量。

圖3-19輸入瞬態(tài)過壓保護(hù)電路

2.啟動沖擊電流限制

高頻開關(guān)整流器的輸入電路實際上就是一個高壓整流濾波器。交流輸入端的開關(guān)合閘供電的瞬間，由于濾波電容器的零電壓初始狀態(tài)，將導(dǎo)致合閘瞬間產(chǎn)生很大的電容充電浪涌電流，此電流峰值的大小與合閘瞬間交流電壓的相位及輸入濾波回路的內(nèi)阻有關(guān)，如輸入濾波電感及回路導(dǎo)線的直流電阻值。當(dāng)處于正弦波電壓峰值時合閘，將會產(chǎn)生數(shù)百安培的浪涌電流。濾波電容的容量大小決定了浪涌電流持續(xù)時間的長短。由于高頻開關(guān)整流器輸出時間保持能力的需要，一般輸入濾波電容的容量在1OOOuF以上，所以合閘浪涌電流持續(xù)時間也較長。這樣大的浪涌電流對電源的開關(guān)觸點(diǎn)會造成瞬時拉弧熔化，甚至被焊接使開關(guān)操作失效，尤其現(xiàn)在以采用多臺整流器模塊并聯(lián)方式工作的電源系統(tǒng)如不采取扃動限流措施，將會對市電電網(wǎng)造成很大的沖擊，短時間機(jī)房電壓嚴(yán)重下跌，使其他用電設(shè)備無法正常工作，甚至造成機(jī)房交流配電屏跳閘。所以對組成電源系統(tǒng)的每臺整流器模塊必須采取有效措施，限制其產(chǎn)生合閘浪涌電流。

最常用的限制合閘浪涌電流的方法是在濾波電容充電回路中短時間串聯(lián)限流電阻的方法。即在合閘時先接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設(shè)定范圍內(nèi)，待輸電容充滿電后，再將該電阻短接。

3.輸出電壓軟啟動

輸出電壓軟啟動主要是指高頻開關(guān)整流器在啟動時，其輸出電壓在一定時間內(nèi)應(yīng)有一個緩慢上升的過程，直到穩(wěn)定輸出電壓的建立。高頻開關(guān)整流器之所以要求具有這樣的啟動過程，主要是因為其輸出濾波電容較大，一般為幾千微法。而且整流器的負(fù)載輸入端也有較大的輸入濾波電容，如果整流器輸出電壓突然建立到額定值，將會在短時間內(nèi)形成很大的電容充電電流。這樣大的充電電流無論對整流二極管或DC/DC變換器的功率開關(guān)管都會造成嚴(yán)重的過流沖擊，這樣的過流沖擊往往會使過流保護(hù)及短路保護(hù)電路動作，影響電源的正常啟動。

高頻開關(guān)電源輸出電壓軟啟動的控制過程與上述的啟動沖擊電流限制控制的原理不同，其基本原理是通過控制功率變換電路的輸出來實現(xiàn)輸出電壓的軟啟動。就是在電源啟動時，使功率幵關(guān)管的驅(qū)動脈沖寬度從零開始緩慢地展寬到額定輸出電壓所對應(yīng)的寬度來實現(xiàn)。通常使用的軟啟動功能是利用控制電路中的電容器充電特性（電容充電電壓逐漸上升特性）來實現(xiàn)的。圖3-20所示的軟啟動電路就是利用電容C的充電特性來實現(xiàn)軟啟動的，當(dāng)此電路接通供電時，雖然參考電壓立即建立，但由于誤差放大器同相輸入端接有電容C,所以同相輸入端電壓從零開始隨著電容C兩端電壓逐漸升高，經(jīng)過誤差放大器及電壓比較器后使PWM驅(qū)動脈沖寬度由零開始緩慢展寬，與此同時，輸出電壓及取樣電壓同步緩慢上升，一直到電容C兩端的電壓被充到由分壓電阻R1、R2所決定的電壓值為止，此時的輸出電壓就是電源的額定輸出電壓。當(dāng)電源關(guān)機(jī)停止工作時，電容C.通過電阻沁放電，這樣童新啟動時仍具有軟啟動功能。

這里要說明的是上述軟啟動電路只是對開關(guān)電源的輸出端而言。另外還有輸入端合閘浪涌電流抑制電路，這兩部分電路對高頻開關(guān)整流器整機(jī)軟啟動來說是缺一不可的。這兩部分軟啟動電路的工作順序應(yīng)考慮到合理的配合，也就是當(dāng)輸入濾波電容充電結(jié)束、限流電阻被旁路后，上述的輸出電壓軟啟動電路才開始工作，輸出電壓由零開始逐漸達(dá)到額定值，這樣才能實現(xiàn)電源整機(jī)的軟啟動。

4.輸出過流保護(hù)

穩(wěn)壓電源正常工作時，其供給負(fù)載的輸出電流在額定值之內(nèi)時應(yīng)確保電源正常工作。當(dāng)負(fù)載功率過大或由于故障發(fā)生嚴(yán)重過流甚至短路時，將會造成電源輸出電流無法控制地增大，使電源過載損壞。所以電源必須具有限流保護(hù)功能，以保護(hù)電源輸出過流時不會損壞。電源的限流保護(hù)形式一般分為切斷式過流保護(hù)和限流式過流保護(hù)，針對不同工作方式的電源采取不同的保護(hù)方式。

關(guān)于切斷式過流保護(hù)。對于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源，由于電壓調(diào)整管串聯(lián)在電源輸入與輸出之間，當(dāng)輸出電流超出額定值時，電壓調(diào)整管的功耗也將超過額定功耗呈線性增長，尤其是輸出端短路時，電壓調(diào)整管所承受的功耗是輸入電壓與短路電流的乘積，此時電壓調(diào)整管的功耗是額定功耗的幾倍或十幾倍，對這種串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源必須采取切斷式保護(hù)，即過流檢測電路將檢測到的過流信號電壓經(jīng)過比較放大后關(guān)閉電壓調(diào)整管控制電路，關(guān)斷電源輸出~般不能自動恢復(fù)工作，必須改變狀態(tài)保持元件或電路的狀態(tài)，即必須重新啟動電源才能恢復(fù)正常輸出，或使控制電路手動復(fù)位。

關(guān)于限流式過流保護(hù)。與切斷式過流保護(hù)不同在于，限流式過流保護(hù)不是使整個控制電路失效，而是通過控制輸出電壓隨負(fù)載變化，使輸出電流不超過限定值。對于通信應(yīng)用中的高頻開關(guān)整流器來說。其輸出端的負(fù)栽大多數(shù)是蓄電池和交換設(shè)備，蓄電k要求在恒流限壓方式下進(jìn)行充電，而交換設(shè)備基本上是恒功率輸入方式（即輸入電流與輸入電壓成反比）。由于這種負(fù)栽的特殊性，所以要求高頻開關(guān)整流器在輸出過流時，必須能以限流方式工作，即輸出電流超過額定值時，PU流保護(hù)電路的輸出電壓將PWM控制器的輸出脈沖寬度限制在一定寬度之間？以保證整流器的輸出電壓與負(fù)載電阻之比等于輸出額定電流值。

能實現(xiàn)上述限流保護(hù)功能的電路形式很多，但其限流保護(hù)原理基本相同，即都是通過電流取樣轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓值，與額定電流流過取樣電阻所產(chǎn)生的電壓值相比較，當(dāng)電流取樣電壓大于額定電流所產(chǎn)生的電壓值時，限流保護(hù)電路的輸出電壓將限制DC/DC變換器功率開關(guān)管的PWM驅(qū)動脈沖寬度，使輸出電壓隨著負(fù)載電阻的減小而降低，從而使輸出電流被限制在預(yù)先設(shè)定的限流值上。對一些可靠性要求較高的大功率高頻開關(guān)整流器一般都徭設(shè)賈雙重限流保護(hù)功能。

限流式保護(hù)還可以用來抑制穩(wěn)壓電源啟動時的輸出浪涌電流，同時，也是開關(guān)電源實現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行，組成yv+1直流供電系統(tǒng)的條件要求之一。

關(guān)于限流一切斷式保護(hù)。限流--切斷式保護(hù)電路分兩階段進(jìn)行，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到某設(shè)定值時，保護(hù)電路動作，輸出電壓下降，負(fù)載電流被限制：如果負(fù)載電流繼續(xù)增大至第一個設(shè)定值或輸出電壓下降到某設(shè)定值時，保護(hù)電路進(jìn)一步動作，將電源切斷。這是上述兩種保護(hù)方式的結(jié)合。

5.輸出過壓保護(hù)

輸出過電壓保護(hù)對開關(guān)型穩(wěn)壓電源是至關(guān)重要的，這完全是由于負(fù)載的需要。

對于常規(guī)穩(wěn)壓電源。特別是串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源，一旦串聯(lián)功率幵關(guān)管穿通時，全部輸入電壓立即施加到輸出，引起輸出過電壓。因此過電壓保護(hù)電路必須在其達(dá)到輸出電壓的危險值以前，迅速將電源切斷。顯然，對于上述的過電保護(hù)方式不能采取截止功率開關(guān)管的方法，而必須切斷輸入電壓。為了獲得快的保護(hù)速度。通常采用晶閘筲等構(gòu)成無觸點(diǎn)繼電保護(hù)電路，一旦過壓，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。將輸入電壓短路。同時，浪涌電流也會將串在輸入冋路內(nèi)的保險絲熔斷。

對于PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源，在高壓開關(guān)管損壞時，不論足穿通還是斷開，輸出電壓將會下降到零，而不會有過電壓輸出？只有在控制電路發(fā)生故陣時，才有可能會產(chǎn)生輸出過電壓，但可以采用截止高壓開關(guān)管的辦法來切斷電源輸出，這樣的保護(hù)電路實現(xiàn)也比較容易。

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