开关电源过流保护电路设计

2019-07-24钟荣臻

商品与质量 2019年5期

钟荣臻

四川九洲电器集团有限责任公司四川绵阳 621000

随着电子技术的快速发展，各种新式的电子设备不断出现，而这些电子设备都离不开电源，可以说电源是所有电子设备工作的动力之源，而开关电源是中小功率电源的主流产品。对于开关电源，其保护电路（包括过流保护、过压保护、欠压保护、EMC以及防浪涌等电路）设计技术具有很重要的研究价值，本文作者设计了5种过流保护电路，并进行了详尽分析或剖析[1]。

1 开关电源的电路结构设计

1.1 设计需要

为了减少电磁辐射和耦合，要求DC-DC模块的一次侧、二次侧、负载侧环路面积最小。电源电路不管形式有多复杂，其大电流环路都要尽可能小。电源线和地线总是要很近放置。如果电路中使用了开关电源，开关电源的外围器件布局要符合各功率回流路径最短的原则。滤波电容要靠近开关电源相关引脚。使用共模电感，靠近开关电源模块。单板上长距离的电源线不能同时接近或穿过级联放大器（增益大于45dB）的输出和输入端附近。避免电源线成为RF信号传输途径，可能引起自激或降低扇区隔离度。长距离电源线的两端都需要加上高频滤波电容，甚至中间也加高频滤波电容。RF PCB的电源入口处组合并联三个滤波电容，利用这三种电容的各自优点分别滤除电源线上的低、中、高频。例如：10uf，0．1uf，100pf。并且按照从大到小的顺序依次靠近电源的输入管脚。

1.2 拓扑结构的选择

双端正激也称为非对称桥，由两个功率管和与两个二极管组成电桥，但只有功率管可控导通，变压器单向磁化，没有桥式电路的桥臂直通问题，因此抗干扰能力更强。相对于反激式来说可以承受更大的功率，且输出变压器输出的电能利用率高。本系统采用正激式开光电源拓扑结构，采用UC3842控制型脉宽调制器芯片，具有更稳定的电流输出，更好的瞬态特性，因而可以更好地给射频电路，数据处理电路，加热芯，热床等提供足够的功率，保证其能稳定工作。

1.3 设计流程

正激式开关电源需要将220V的市电转化为直流，而开关之后具有较大的纹波，还需要滤波才能使用，同时需要在输出端加入限流保护，防雷击保护等，一个完整的电源设计流程如图1所示，接下来进行模块化分析。

图1 系统流程图

2 基于达林顿管和继电器的过流保护电路设计

本设计的主要目标是当开关管的漏级电流达到2A的时候，自动停止脉宽调制芯片的脉宽输出，以达到保护电路核心芯片和器件的目的，所以R1选择精度为1/100或以上的高精度0．7Ω电阻，这样能保证当开关管电流超过2A时，达林顿管Q2导通，进12V继电器导通，开关由常闭变为开，因此脉宽调制芯片失去供电，停止工作，达到了保护开关管及其他重要电路的目的。从图2中也可以看出，当大电流消失之后，脉宽调制芯片会自动恢复供电，电源重新进入正常工作状态。

图2 过流保护电路电路

3 输出滤波器的设计

在开关电源中，由于变压器的漏感、电路板所布导线的引线电感等问题的存在，开关管在关断瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲。整流快速恢复二极管由于存在存储效应，反向恢复过程中也会出现很高的反向恢复的碾压尖峰脉冲。为避免过电压尖峰脉冲危及功率器件的工作安全或者形成很强的电磁干扰噪声。故输出滤波电路设计如图3所示：

图3 输出滤波电路

由电阻R1和电容C2串联构成缓冲电路，电压脉冲能量经电阻消耗后转移到电容器中储存，然后电容器的储能通过电阻消耗后返回电源，而且输出二极管两端产生的反向浪涌电压同时也受到限制，因此反向浪涌电流就会随之而减少，同时减少损耗和可能出现的振荡。由于开关电源改变PWM占空比只能改变电压有效值不能改变电压的幅值，因此需要在缓冲电路后加上图中右侧部分，D7为续流二极管，L1为续流电感。C4，L2，C5构成Π型滤波器，当负载足够大时输出波形平滑，输出幅值为输入的平均值。