铃流电源的过流保护

2011-05-23 11:52:25来源: 互联网 关键字:电源

摘要:过流保护的设计是否合理直接影响到铃流电源的电气性能和可靠性。对铃流电源的过流保护机理进行了分析,并给出了一种简单、稳定、可靠的保护方法。

关键词:正弦波脉宽调制;铃流电源;过流保护

1  引言

    铃流电源模块是一种小功率DC/AC逆变器,多用在通信系统和声纳系统中。前不久,我公司研制了一种高性能铃流模块,设计要求在输入DC36~72V,环境温度0~70℃的条件下必须保证稳定、可靠地输出75V 25Hz30VA。在研制过程中,我们发现,过流保护成为影响该铃流电源的电气性能和可靠性的关键。

2  电路原理及限流保护分析

    该铃流模块的原理框图如图1所示,采用SPWM电路,详细介绍请参考有关资料。

图1  铃流模块原理框图

    实际上SPWM电路已带有限流保护,对输入电流进行限制,但由于铃流电源输入电压范围宽,导致其输入侧电流变化也较大,这就给限流保护的实现带来一定困难。就该铃流电源来说,在额定输出情况下,如果我们在额定输入电压(DC48V)时整定过流保护点,那么在输入电压下降到DC36V时,将使输出波形失真,出现削顶现象〔如图2(b)所示〕;而当输入电压上升到DC72V时又不能可靠地实现过流保护,易造成铃流电源因过负荷而损坏。因此,要想精确地实现过流保护只能对输出侧电流进行限制。

(a)  正常输出电压波形    (b)  限流后输出电压波形

图2  限流保护的影响

3  限流保护的两个方案

3.1  方案1

    方案1原理图如图3所示。R8为输出电流取样电阻,电源正常工作时,在正半周D1不导通,a点电位为0.6V(这里,我们假定二极管的管压降均为0.6V),b点电位为:

    UR8×R4/(R1R4)-UD5<0.6V

图3  方案1原理图

    U2A输出负电压,D4不导通,Q1不动作;同理,负半周时,Q1也不动作。如果电路有过流现象产生,假定在正半周过流,在R8上产生正电压UR8,使b点的电位:

    UR8×R4/(R1R4)-UD5>0.6V

    U2A输出正电压,D4导通,Q1动作,通过光耦U1送出关断信号,电源截止。同理,在负半周产生过流时,保护电路动作,也能使铃流电源截止。

    该电路在理论上是可行的,但是在实验时我们发现过流保护点随温度的变化而变化,室温时过流保护点为0.41A,环境温度70℃(壳温90℃)时,过流保护点降为0.28A,不能输出额定功率。仔细分析发现这是由于二极管的管压降随温度变化引起的。温度升高,二极管的管压降降低,过流保护点降低,电源就不能输出额定功率。温度降低,二极管的管压降升高,过流保护点也升高。如果环境温度变化不大,该电路还是一种不错的保护方案,但环境温度变化较大时就不可行了。

3.2  方案2

    方案2原理图如图4所示。R4为输出电流取样电阻,电源正常工作时,U2A输出电压不足以使D3(9.1V)或D4(9.1V)击穿导通,Q1或Q2不导通,过流保护电路不动作。如果电路有过流现象产生,假定在正半周过流,U2A输出负电压,使得D3击穿,D4导通,Q2导通,电流流经D2、U1R8、Q2R1,光耦U1输出过流信号,电源截止。若负半周过流,U2A输出正电压,使得D4击穿,D3导通,Q1导通,电流流经R7、Q1、U1R8、D1,光耦U1输出过流信号,电源截止。这样,只要电路有过流现象发生,保护电路就会立即动作,对电源进行保护,防止损坏。

图4  方案2原理图

    方案2的温度分析:室温下,U2A输出的电压能使过流保护电路动作的最小正电压为:D4的稳压值和D3、Q1、U1、D1的导通电压的和,约为12V。当温度升至90℃(当环境温度是70℃,模块壳温约为90℃,控制电路的温度也约为90℃)时,D3、Q1、U1、D1导通电压降低,但D4的稳压值却有所升高,起到一定的温度补偿作用,此时所需的最小正电压约为11.55V,过流保护点变化了(12-11.55)/12=3.75%。按此计算,如果室温下过流点整定为0.42A,环境温度70℃时的过流点变为约0.404A。模块仍能输出额定功率。当U2A输出负电压时,可得出相同的结果。

4  结语

    实验证明,这是一种可行的保护方案,如果常温时整定过流保护点为0.42A,输入电压在DC 36V至DC 72V间,环境温度0℃至70℃,可将过流点稳定地限定在0.405A至0.425A之间。而且,使用该电路,可以大大减小输出电流取样电阻的阻值,提高整机效率。总之,这个电路完全能够保证铃流电源模块安全、稳定、可靠地工作。

    该种模块已批量投产,并得到用户的好评。 

关键字:电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0523/article_8985.html
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