基于M51995A开关电源保护电路的设计

张健++刘晓杰++俞洋++崔渊++王云松++季威志++张正烨++张文晔

摘 要：为了解决开关电源电路运行中的安全问题，基于M51995A电源芯片设计了开关电源的过压和过流保护电路。通过实验仿真表明，保护电路在开关电源电路过压、过流等特殊情况下，能够起到有效的保护作用，该电路具有结构简单、可靠性高等优点。

关键词：开关电源；过压保护；过流保护；M51995A电源芯片

中图分类号：TM13 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-0-02

0 引 言

随着时代的前进与社会的发展，开关电源已逐渐代替传统的铁心变压器电源。开关电源的集成化与小型化正逐步成为发展趋势[1-3]，开关电源更是在计算机、通信、电器等领域得到广泛应用[4]。但开关电源系统若无性能良好的保护电路便很容易导致仪器寿命的缩短甚至使仪器受到损坏。由此可见，为了能够让开关电源在恶劣环境以及突发故障的情况下安全稳定的工作，保护电路的设计就显得尤为重要。开关电源的基本结构框图如图1所示。

1 M51935AFP开关稳压芯片简介

M51995A是一款开关电源初级PWM 控制芯片，专为AC/DC变换设计，芯片功能如表1所列。它主要包括振荡器、PWM比较、反馈电压检测变换、PWM锁存、过压锁存、欠压锁存、断续工作电路、断续方式和振荡控制电路、驱动输出及内部基准电压等。

M51995A既具有快速输出和高频振荡能力，又具有快速响应的电流限制功能[5]。此外，过流时采用断续方式工作可以有效保护二次电路。该芯片的主要特征如下：

（1）工作频率低于500 kHz；

（2）输出电流能够达到±2 A；

（3）输出上升时间为60 s，下降时间为40 s；

（4）起动电流比较小，典型值为90 A；

（5）起动电压为16 V，关闭电压为10 V；

（6）起动电压和关闭电压的压差大；

（7）过流保护采用断续方式工作；

（7）用脉冲方法快速限制电流；

（8）欠压、过压锁存电路。

3 实验仿真分析

为进一步验证所设计的开关电源保护电路的工作性能，我们采用计算机仿真软件MultiSIM对所设计的保护电路做了软件仿真测试。当电源输出电压为60 Hz正弦波、有效值为24 V时，电源保护电路的光耦控制OVP端的信号输出状态如图4所示。

图4中的仿真结果表明，输出电压信号变化控制光耦的导通，从而控制了光耦OVP端的电压输出，当电源输出电压在0 V-24 V期间时，光耦输入端没有电压信号不导通，OVP端电压为0，电路处于保护工作状态；电压在0+24 V期间时，光耦输入端有电压信号作用而导通，OVP端电压为+5 V，电路处于正常工作状态。当输出电压过高时，OVP端电压为0，电路处于保护工作状态。40 V电压信号的状态图如图5所示。

实验仿真结果表明，当电源输出电压范围为0+24 V时，开关电源电路正常工作；当电压为负电压时，光耦中的二极管反向截止，OVP端电压为0，开关电源的保护电路工作，电源输出为0；当输出电压高于+24 V时，OVP端电压为0，开关电源进入保护电路工作状态，电源输出0。

4 结 语

本文基于M51995A电源芯片设计了开关电源的过压和过流保护电路，通过计算机仿真结果表明，该电路设计合理，工作稳定，电路设计可以有效降低电路的复杂程度和成本，能对开关电源电路进行有效保护，从而使电源运行安全可靠，设计完全能满足系统性能的指标要求。

参考文献

[1] 欧浩源，丁志勇.电流控制型脉宽调制器UC3842在开关电源中的应用[J]. 今日电子，2008（C00）：88-89.

[2] 王朕，潘孟春，单庆晓.UC3842应用于电压反馈电路中的探讨[J].电源技术应用，2004（8）：480-483.

[3] 关振源，张敏.基于电流型PWM控制器的隔离单端反激式开关电源[J].电子元器件应用，2005（2）：21-23.

[4] 许燕雯.多路数控精密开关电源的控制系统研究[D].杭州：浙江大学， 2003.

[5] 高建强，徐见炜.基于M51995A的开关电源设计[J].科技视界，2011（6）：58-59.