馬健

（中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

開關(guān)電源在一些典型的電路系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用，換個角度來講，開關(guān)電路可以相當(dāng)于人類的心臟。開關(guān)電源在源源不斷地為電路系統(tǒng)提供能量的同時，還可以對保護(hù)系統(tǒng)避免受到來自外部和內(nèi)部的影響與損壞，比如，浪涌電流、雷擊電流和由于系統(tǒng)內(nèi)部故障造成的電力電源損害現(xiàn)象，這就需要我們在設(shè)計電源時進(jìn)行保護(hù)電路的設(shè)計。在進(jìn)行開關(guān)電源的實際設(shè)計中，負(fù)載保護(hù)和過負(fù)載時的電源保護(hù)是在設(shè)計中不可缺少的存在。本文簡要地依據(jù)開關(guān)電源的設(shè)計原理和實際情況，對恒功率與恒電流控制的過電流保護(hù)電路進(jìn)行深入分析，并且對其用處與特點進(jìn)行闡述，并且找到了一種應(yīng)用于瞬態(tài)過載情況下的延時過載保護(hù)電路。經(jīng)過研究表明，如果電路在保護(hù)電路的情況下，開關(guān)元器件基本不能具備開關(guān)能力，這就為峰值狀態(tài)下的負(fù)荷電源過載保護(hù)電路的設(shè)計找到了一個完美的突破口。

1 開關(guān)電源

開關(guān)電源主要是利用當(dāng)代電子電力技術(shù)進(jìn)行對開關(guān)的控制以及開關(guān)時間比的控制，它是一種可以有效保證可以輸出穩(wěn)定電壓的一種開關(guān)電源。開關(guān)電源一般都是由許多脈沖寬度(PWM)構(gòu)成，來控制IC 與MOSFET。L 利用開關(guān)電源和線性電源作比較我們可以發(fā)現(xiàn)，二者相似的方面就是他們的成本都是隨著輸出功率的增加而增大的。如果二者位于同一個功率節(jié)點上時，線性電源的成本要略高于開關(guān)電源的成本，這個節(jié)點就稱為成本反折點。伴隨著電力電子技術(shù)的日益發(fā)展與革新，開關(guān)電源技術(shù)也隨著不斷嫻熟與創(chuàng)新。這就會使電源的成本反轉(zhuǎn)點向著低輸出端慢慢靠近，從而促進(jìn)了開關(guān)電源的進(jìn)步與發(fā)展。開關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)中最主要的就是安全了。所以，在開關(guān)電源在電子技術(shù)指標(biāo)完善并且使用要求合格的情況下，仍可以在惡劣環(huán)境以及突發(fā)故障的條件下可以進(jìn)行安全可靠的運(yùn)作，這就要求必須有盡可能多的保護(hù)電路，例如，防浪涌電流和高電壓、欠壓、熱量過高、電路過大、短路等情況下的保護(hù)電路。并且，在同一種開關(guān)電源的電路中，不同種類的保護(hù)電路的設(shè)計一定要相互聯(lián)系與協(xié)調(diào)，這個問題一定要得到重視。

2 短路保護(hù)

開關(guān)電源在預(yù)先設(shè)定的輸出功率電平下，一般都會設(shè)計在安全運(yùn)行范圍內(nèi)，因此，應(yīng)避免運(yùn)行超過額定輸出電流，但有時會意外發(fā)生短路，這時需要對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，以免造成永久性損壞。當(dāng)前，限制電路可以最基本地保護(hù)電路。有一個輸出短路，NCP1230 可以快速響應(yīng)關(guān)閉輸出，直到短路故障消除。本文設(shè)計的電路是將極限電路放在一次側(cè)。在短路保護(hù)電路的電阻（R）上，主電流峰值將有一個比例電壓降。R 電阻的大小是由電壓來控制的。如果確定了R 處的壓降達(dá)到了電源引腳電壓限制值3V 時，NCP1230 的驅(qū)動引腳就會立刻作出反應(yīng)迅速停止電流的輸出，進(jìn)而關(guān)閉電源的總輸出。相對來說，這種電路是一個快速、準(zhǔn)確的限流電路。最重要的是，其限流值相對準(zhǔn)確為3V，可以通過適當(dāng)?shù)販p小電阻功率損耗的辦法，進(jìn)一步提高電源的工作效率。

3 過載保護(hù)電路

在一般的開關(guān)電源中，所帶的負(fù)載的輸出電壓其容量總是有限的。如果發(fā)生輸出一側(cè)所帶負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電源設(shè)計時所允許的最大電流時，就一定要在設(shè)計過程中加入過載保護(hù)電路的部分，從而達(dá)到保護(hù)輸出一側(cè)整流管不被大電流損害的目的。其設(shè)計的主體就是應(yīng)用了一個兩級運(yùn)算放大器，電路中使用的運(yùn)算放大器就是ST 公司的LM358。第一階段運(yùn)算放大器采用一種特殊的差動放大電路,其中,第一組電阻值都是1kb,第二組的阻值都是324k,這時候，所有的輸出信號均為高電平，這就會使處于第一階段運(yùn)算放大器以及第二階段的運(yùn)算放大器的電路達(dá)到一個開環(huán)狀態(tài)。這時，它們的輸出信號將只有高、低電平兩個狀態(tài)。如果同一方向的輸入電壓遠(yuǎn)大于參考電壓時，輸出端就會表現(xiàn)為高電平，二極管處于導(dǎo)通的狀態(tài)，進(jìn)而觸發(fā)了OCP 信號，進(jìn)行過載保護(hù)。當(dāng)同相端輸入高電壓時，就會發(fā)生過載保護(hù)。過載保護(hù)電路輸出電流檢測電阻值可變、可變電阻器的值的大小主要由負(fù)載極值控制。由于要考慮此保護(hù)電路要在以后的生產(chǎn)實踐中進(jìn)行應(yīng)用，不同的電源產(chǎn)品，其過載保護(hù)點有很大可能會不一樣，這就要求我們在設(shè)計時要運(yùn)用可變電阻，使過載保護(hù)點在相同的值上進(jìn)行調(diào)整。

4 過電壓保護(hù)電路

過壓保護(hù)電路的主要功能就是當(dāng)輸出電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定的量程時，電路就會立刻做出響應(yīng)使輸出關(guān)閉，防止由于輸出電壓過大損壞外部負(fù)載(燒壞LCD 設(shè)備)。但是在實際應(yīng)用上，大部分開關(guān)電源的問題都發(fā)生在“無輸出”的情況下，那么就會產(chǎn)生一個疑問，就是為什么要進(jìn)行過電壓保護(hù)電路呢?原因如下。首先，在輸出可調(diào)的開關(guān)電源中，可以使用過壓保護(hù)電路來防止輸出的意外超調(diào)。其次，當(dāng)過壓情況發(fā)生時，必須保證其在安全范圍內(nèi)，即使這種情況不容易發(fā)生，所以只有添加了過壓保護(hù)電路，才能起到防患于未然的作用，可以最大程度地保證安全。通常情況下，開關(guān)電源類似于PC電源有多組輸出(+1，+5V，+3)。具有獨(dú)特的OVP 保護(hù)芯片，如DWA1O6、INs406 等。這種單組輸出電源目前還沒有專門的保護(hù)芯片，因此，要對其單獨(dú)設(shè)計相應(yīng)的保護(hù)電路。

5 啟動限流保護(hù)

開關(guān)電源在進(jìn)行一次整流的過程中，其電路內(nèi)部將擁有大容量的濾波電容，整流管在電源運(yùn)行時會利用這些大電容進(jìn)行充電，促使整流管的極快的達(dá)到額定電流。從而一定程度上降低啟動電流限制(浪涌電流)，開關(guān)電源在一般情況下都會配有沖擊電路。電源運(yùn)轉(zhuǎn)正常時,開關(guān)電源的變壓器的感應(yīng)電壓12V，充電時C2(對電源接口只有充電時間常數(shù)等于(C2)，通過整流管傳導(dǎo)，整流器電流不再通過電阻，而是由反饋電路返回陰極的整流橋。換個角度講，在一般的工作狀態(tài)下，VD6 短路R2 以阻止R2 發(fā)電。R2 只在啟動時有效。采用晶閘管進(jìn)行起動限流保護(hù)是一個絕佳的選擇，但由于其電路設(shè)計較為復(fù)雜，從電路成本以及電路簡捷等方面來考慮，用溫控電阻作啟動限流保護(hù)既經(jīng)濟(jì)又簡單，而且安全可靠。

6 斷路過流保護(hù)

在一般情況下，預(yù)防電路發(fā)生過流最經(jīng)濟(jì)、最實用的方法就是應(yīng)用保險絲。保險絲保護(hù)主要有交、直流保險保護(hù)法。在由于意外情況發(fā)生負(fù)載電流時，電流往往會超過保險絲的熔點(熔斷系數(shù)一般為1.5)時，保險絲就被熔斷與擊穿，從而達(dá)到了過電流保護(hù)的目的。通常情況下，在電源電路剛接通的時候，因為其電路中存在的大電容會發(fā)生充電現(xiàn)象，這樣極容易產(chǎn)生大的浪涌電流，這些電路一般都是正常輸入電流的幾倍多，極容易使保險絲熔斷，從而導(dǎo)致判斷失誤，這就是這種方式的主要缺點。

7 溫度檢測與保護(hù)電路

在開關(guān)電源內(nèi)部會擁有許多的功率發(fā)射器，這些功率發(fā)生器就會產(chǎn)生許多的熱量，主要是由于功率消耗造成的，這就會需要散熱的電路設(shè)計。倘若電源散熱器溫度過高時，將會嚴(yán)重影響開關(guān)電源的性能，還會影響電源的使用安全。散熱電路中的風(fēng)機(jī)啟動功率一般為33V，散熱器的溫度主要由NTC 來進(jìn)行檢測。伴隨著電源的應(yīng)用其內(nèi)部溫度逐啟動并且逐漸加速。當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時，就會收到電源外部環(huán)境溫度的作用，電源內(nèi)的溫度不能維持穩(wěn)定，或者是風(fēng)機(jī)電路發(fā)生故障，風(fēng)機(jī)不可以正常運(yùn)行，就會導(dǎo)致內(nèi)部電源供電時溫度過高而損害電源。所以，為了避免此類事情的發(fā)生，就必須要應(yīng)用超高溫保護(hù)電路(OTP)。超高溫保護(hù)電路(OTP)的主要功能是當(dāng)NTC 減小到一定值時，會導(dǎo)致比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而使OTP 輸出較低，這樣就達(dá)到了保護(hù)電源的目的。

8 結(jié)語

電源有各種各樣的應(yīng)用場合，要選擇與之相應(yīng)的保護(hù)策略才可以提高產(chǎn)品的性能與質(zhì)量。以本文列舉的各種保護(hù)電路的開關(guān)電源為例，從原理和實驗兩方面深入分析了恒功率控制和恒流控制的過載保護(hù)電路，為過電流電源的保護(hù)電路的設(shè)計帶來了全新的見解。