開(kāi)關(guān)電源常用的幾種保護(hù)電路

評(píng)估開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、牢靠性為榜首原則。在電氣技能指標(biāo)滿意正常運(yùn)用請(qǐng)求的條件下,為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)毛病狀況下安全牢靠地作業(yè),有必要規(guī)劃多種維護(hù)電路,比方防浪涌的軟啟動(dòng),防過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、缺持平維護(hù)電路。開(kāi)關(guān)電源常用的幾種維護(hù)電路如下:

1、防浪涌軟啟動(dòng)電路

開(kāi)關(guān)電源的輸入電路大都選用電容濾波型整流電路,在進(jìn)線電源合閘剎那間,因?yàn)殡娙萜魃系某跏茧妷簽榱悖娙萜鞒潆妱x那間會(huì)構(gòu)成很大的浪涌電流,特別是大功率開(kāi)關(guān)電源,選用容量較大的濾波電容器,使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通剎那間如此大的浪涌電流,重者往往會(huì)致使輸入熔斷器燒斷或合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞,整流橋過(guò)流損壞;輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。上述景象均會(huì)構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常作業(yè),為此簡(jiǎn)直一切的開(kāi)關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動(dòng)電路,以確保電源正常而牢靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

選用晶閘管V和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。在電源接通剎那間,輸入電壓經(jīng)整流橋(D1~D4)和限流電阻R1對(duì)電容器C充電,約束浪涌電流。當(dāng)電容器C充電到約80%額外電壓時(shí),逆變器正常作業(yè)。經(jīng)主變壓器輔佐繞組發(fā)作晶閘管的觸發(fā)信號(hào),使晶閘管導(dǎo)通并短路限流電阻R1,開(kāi)關(guān)電源處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。

選用繼電器K1和限流電阻R1構(gòu)成的防浪涌電流電路。電源接通剎那間,輸入電壓經(jīng)整流(D1~D4)和限流電阻R1對(duì)濾波電容器C1充電,防止接通剎那間的浪涌電流,一起輔佐電源Vcc經(jīng)電阻R2對(duì)并接于繼電器K1線包的電容器C2充電,當(dāng)C2上的電壓到達(dá)繼電器K1的動(dòng)作電壓時(shí),K1動(dòng)作,其觸點(diǎn)K1.1閉合而旁路限流電阻R1,電源進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。限流的推遲時(shí)刻取決于時(shí)刻常(R2C2),一般挑選為0.3~0.5s。為了進(jìn)步推遲時(shí)刻的準(zhǔn)確性及防止繼電器動(dòng)作顫動(dòng)振動(dòng),推遲電路可選用圖3所示電路代替RC推遲電路。

2、過(guò)壓、欠壓及過(guò)熱維護(hù)電路

進(jìn)線電源過(guò)壓及欠壓對(duì)開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成的損害,首要表如今器材因接受的電壓及電流應(yīng)力超出正常運(yùn)用的規(guī)模而損壞,一起因電氣功能指標(biāo)被損壞而不能滿意請(qǐng)求。因而對(duì)輸入電源的上限和下限要有所約束,為此選用過(guò)壓、欠壓維護(hù)以進(jìn)步電源的牢靠性和安全性。

溫度是影響電源設(shè)備牢靠性的最重要因素。依據(jù)有關(guān)材料剖析標(biāo)明,電子元器材溫度每增加2℃,牢靠性下降10%,溫升50℃時(shí)的作業(yè)壽數(shù)只需溫升25℃時(shí)的1/6,為了防止功率器材過(guò)熱構(gòu)成損壞,在開(kāi)關(guān)電源中亦需要設(shè)置過(guò)熱維護(hù)電路。

僅用一個(gè)4對(duì)比器LM339及幾個(gè)分立元器材構(gòu)成的過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱維護(hù)電路。取樣電壓能夠直接從輔佐操控電源整流濾波后取得,它反映輸入電源電壓的改變,對(duì)比器共用一個(gè)基準(zhǔn)電壓,N1.1為欠壓對(duì)比器,N1.2為過(guò)壓對(duì)比器,調(diào)整R1能夠調(diào)理過(guò)、欠壓的動(dòng)作閾值。N1.3為過(guò)熱對(duì)比器,RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,它與R7構(gòu)成分壓器,緊貼于功率開(kāi)關(guān)器材IGBT的表面,溫度增加時(shí),RT阻值下降,恰當(dāng)挑選R7的阻值,使N1.3在設(shè)定的溫度閾值動(dòng)作。N1.4用于外部毛病應(yīng)急關(guān)機(jī),當(dāng)其正向端輸入低電平時(shí),對(duì)比器輸出低電平封閉PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因?yàn)?個(gè)對(duì)比器的輸出端是并聯(lián)的,無(wú)論是過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱任何一種毛病發(fā)作,對(duì)比器輸出低電平,封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)使電源停止作業(yè),完結(jié)維護(hù)。如將電路稍加改變,亦可使對(duì)比器輸出高電平封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

3、缺相維護(hù)電路

因?yàn)殡娋W(wǎng)本身原因或電源輸入接線不牢靠,開(kāi)關(guān)電源有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)缺相運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況,且掉相運(yùn)轉(zhuǎn)不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處于缺相運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),整流橋某一臂無(wú)電流,而其它臂會(huì)嚴(yán)峻過(guò)流構(gòu)成損壞,一起使逆變器作業(yè)呈現(xiàn)異常,因而有必要對(duì)缺相進(jìn)行維護(hù)。檢查電網(wǎng)缺相一般選用電流互感器或電子缺相檢查電路。因?yàn)殡娏骰ジ衅鳈z查本錢(qián)高、體積大,故開(kāi)關(guān)電源中一般選用電子缺相維護(hù)電路。圖5是一個(gè)簡(jiǎn)略的電子缺相維護(hù)電路。三相平衡時(shí),R1~R3結(jié)點(diǎn)H電位很低,光耦合輸出近似為零電平。當(dāng)缺相時(shí),H點(diǎn)電位舉高,光耦輸出高電平,經(jīng)對(duì)比器進(jìn)行對(duì)比,輸出低電平,封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。對(duì)比器的基準(zhǔn)可調(diào),以便調(diào)理缺相動(dòng)作閾值。該缺相維護(hù)適用于三相四線制,而不適用于三相三線制。電路稍加改變,亦可用高電平封閉PWM信號(hào)。

一種用于三相三線制電源缺相維護(hù)電路,A、B、C缺任何一相,光耦器輸出電平低于對(duì)比器的反相輸入端的基準(zhǔn)電壓,對(duì)比器輸出低電平,封閉PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào),封閉電源。對(duì)比器輸入極性稍加改變,亦可用高電平封閉PWM信號(hào)。這種缺相維護(hù)電路選用光耦阻隔強(qiáng)電,安全牢靠,RP1、RP2用于調(diào)理缺相維護(hù)動(dòng)作閾值。

4、短路維護(hù)

開(kāi)關(guān)電源同其它電子設(shè)備相同,短路是最嚴(yán)峻的毛病,短路維護(hù)是不是牢靠,是影響開(kāi)關(guān)電源牢靠性的重要因素。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)兼有場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓下降的特色,是現(xiàn)在中、大功率開(kāi)關(guān)電源最普遍運(yùn)用的電力電子開(kāi)關(guān)器材。IGBT能夠接受的短路時(shí)刻取決于它的飽和壓降和短路電流的巨細(xì),一般僅為幾μs至幾十μs。短路電流過(guò)大不只使短路接受時(shí)刻縮短,并且使關(guān)斷時(shí)電流下降率di/dt過(guò)大,因?yàn)槁└屑耙電感的存在,致使IGBT集電極過(guò)電壓,該過(guò)電壓可在器材內(nèi)部發(fā)作擎住效應(yīng)使IGBT確定失效,一起高的過(guò)電壓會(huì)使IGBT擊穿。因而,當(dāng)呈現(xiàn)短路過(guò)流時(shí),有必要采納有用的維護(hù)措施。為了完結(jié)IGBT的短路維護(hù),則有必要進(jìn)行過(guò)流檢查。適用IGBT過(guò)流檢查的辦法,一般是選用霍爾電流傳感器直接檢查IGBT的電流Ic,然后與設(shè)定的閾值對(duì)比,用對(duì)比器的輸出去操控驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)斷;或許選用直接電壓法,檢查過(guò)流時(shí)IGBT的電壓降Vce,因?yàn)楣軌航蹈缓搪冯娏餍畔,過(guò)流時(shí)Vce增大,且基本上為線性關(guān)系,檢查過(guò)流時(shí)的Vce并與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比器的輸出操控驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷。在短路電流呈現(xiàn)時(shí),為了防止關(guān)斷電流的di/dt過(guò)大構(gòu)成過(guò)電壓,致使IGBT確定無(wú)效和損壞,以及為了下降電磁攪擾,一般選用軟降柵壓和軟關(guān)斷歸納維護(hù)技能。在檢查到過(guò)流信號(hào)后首先是進(jìn)入降柵維護(hù)程序,以下降毛病電流的幅值,延伸IGBT的短路接受時(shí)刻。在降柵動(dòng)作后,設(shè)定一個(gè)固定推遲時(shí)刻用以判別毛病電流的真實(shí)性,如在推遲時(shí)刻內(nèi)毛病不見(jiàn)則柵壓主動(dòng)康復(fù),如毛病依然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序,使柵壓降至0V以下,關(guān)斷IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因?yàn)樵诮禆艍撼绦蚱陂g集電極電流已減小,故軟關(guān)斷時(shí)不會(huì)呈現(xiàn)過(guò)大的短路電流下降率和過(guò)高的過(guò)電壓。選用軟降柵壓及軟關(guān)斷柵極驅(qū)動(dòng)維護(hù),使毛病電流的幅值和下降率都能受到約束,過(guò)電壓下降,IGBT的電流、電壓運(yùn)轉(zhuǎn)軌道能確保在安全區(qū)內(nèi)。

在規(guī)劃降柵壓維護(hù)電路時(shí),要準(zhǔn)確挑選降柵壓起伏和速度,假如降柵壓起伏大(比方7.5V),降柵壓速度不要太快,一般可選用2μs下降時(shí)刻的軟降柵壓,因?yàn)榻禆艍浩鸱螅姌O電流已經(jīng)較小,在毛病狀況封閉柵極可快些,不用選用軟關(guān)斷;假如降柵壓起伏較。ū确5V以下),降柵速度可快些,而封閉柵壓的速度有必要慢,即選用軟關(guān)斷,以防止過(guò)電壓發(fā)作。為了使電源在短路毛病狀況不中止作業(yè),又能防止在原作業(yè)頻率下接連進(jìn)行短路維護(hù)發(fā)作熱堆集而構(gòu)成IGBT損壞,選用降柵壓維護(hù)即可不用在一次短路維護(hù)當(dāng)即封閉電路,而使作業(yè)頻率下降(比方1Hz擺布),構(gòu)成間歇“打嗝”的維護(hù)辦法,毛病消除后即康復(fù)正常作業(yè)。
下面介紹幾種IGBT短路維護(hù)的有用電路及作業(yè)原理。

運(yùn)用IGBT過(guò)流時(shí)Vce增大的原理進(jìn)行維護(hù)的電路,用于專用驅(qū)動(dòng)器EXB841。EXB841內(nèi)部電路能極好地完結(jié)降柵及軟關(guān)斷,并具有內(nèi)部推遲功用,以消除攪擾發(fā)作的誤動(dòng)作。富含IGBT過(guò)流信息的Vce不直接送至EXB841的集電極電壓監(jiān)督腳6,而是經(jīng)迅速康復(fù)二極管VD1,經(jīng)過(guò)對(duì)比器IC1輸出接至EXB841的腳6,其目的是為了消除VD1正向壓降隨電流不一樣而異,選用閾值對(duì)比器,進(jìn)步電流檢查的準(zhǔn)確性。假如發(fā)作過(guò)流,驅(qū)動(dòng)器EXB841的低速堵截電路慢速關(guān)斷IGBT,以防止集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT器材。

運(yùn)用電流傳感器進(jìn)行過(guò)流檢查的IGBT維護(hù)電路,電流傳感器(SC)初級(jí)(1匝)串接在IGBT的集電極電路中,次級(jí)感應(yīng)的過(guò)流信號(hào)經(jīng)整流后送至對(duì)比器IC1的同相輸入端,與反相端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比,IC1的輸出送至具有正反饋的對(duì)比器IC2,其輸出接至PWM操控器UC3525的輸出操控腳10。不過(guò)流時(shí),VA

(a) 電路原理圖
 
(b) PWM操控電路的輸出驅(qū)動(dòng)波形圖

當(dāng)呈現(xiàn)過(guò)流時(shí),電流傳感器檢查的整流電壓增加,VA>Vref,VB為高電平,C3充電使VC>Vref,IC2輸出高電平(大于1.4V),封閉PWM操控電路。因無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào),IGBT封閉,而電源停止作業(yè),電流傳感器無(wú)電流流過(guò),使VA>t1,可確保電源進(jìn)入睡眠狀況。正反饋電阻R7確保IC2只需高、低電平兩種狀況,D5,R1,C3充放電電路,確保IC2輸出不致在高、低電平之間頻頻改變,即IGBT不致頻頻注冊(cè)、關(guān)斷而損壞。

運(yùn)用電流傳感器進(jìn)行過(guò)流檢查的IGBT維護(hù)電路圖9是運(yùn)用IGBT(V1)過(guò)流集電極電壓檢查和電流傳感器檢查的歸納維護(hù)電路,電路作業(yè)原理是:負(fù)載短路(或IGBT因其它毛病過(guò)流)時(shí),V1的Vce增大,V3門(mén)極驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)R2,R3分壓器使V3導(dǎo)通,IGBT柵極電壓由VD3所約束而降壓,約束IGBT峰值電流起伏,一起經(jīng)R5C3推遲使V2導(dǎo)通,送去軟關(guān)斷信號(hào)。另一方面,在短路時(shí)經(jīng)電流傳感器檢查短路電流,經(jīng)對(duì)比器IC1輸出的高電平使V3導(dǎo)通進(jìn)行降柵壓,V2導(dǎo)通進(jìn)行軟關(guān)斷。

運(yùn)用檢查IGBT集電極電壓的過(guò)流維護(hù)原理,選用軟降柵壓、軟關(guān)斷及下降作業(yè)頻率維護(hù)技能的短路維護(hù)電路。

正常作業(yè)狀況,驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)為低電平時(shí),光耦I(lǐng)C4不導(dǎo)通,V1,V3導(dǎo)通,輸出負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)輸入信號(hào)為高電平時(shí),光耦I(lǐng)C4導(dǎo)通,V1截止而V2導(dǎo)通,輸出正驅(qū)動(dòng)電壓,功率開(kāi)關(guān)管V4作業(yè)在正常開(kāi)關(guān)狀況。發(fā)作短路毛病時(shí),IGBT集電極電壓增大,因?yàn)閂ce增大,對(duì)比器IC1輸出高電平,V5導(dǎo)通,IGBT完結(jié)軟降柵壓,降柵壓起伏由穩(wěn)壓管VD2決議,軟降柵壓時(shí)刻由R6C1構(gòu)成2μs。一起IC1輸出的高電平經(jīng)R7對(duì)C2進(jìn)行充電,當(dāng)C2上電壓到達(dá)穩(wěn)壓管VD4的擊穿電壓時(shí),V6導(dǎo)通并由R9C3構(gòu)成約3μs的軟關(guān)斷柵壓,軟降柵壓至軟關(guān)斷柵壓的推遲時(shí)刻由時(shí)刻常數(shù)R7C2決議,一般挑選在5~15μs。V5導(dǎo)通時(shí),V7經(jīng)C4R10電路流過(guò)基極電流而導(dǎo)通約20μs,在降柵壓維護(hù)后將輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)閉鎖一段時(shí)刻,不再響應(yīng)輸入端的關(guān)斷信號(hào),以防止在毛病狀況下構(gòu)成硬關(guān)斷過(guò)電壓,使驅(qū)動(dòng)電路在毛病存在的狀況下能履行一個(gè)完好的降柵壓和軟關(guān)斷維護(hù)過(guò)程。

V7導(dǎo)通時(shí),光耦I(lǐng)C5導(dǎo)通,時(shí)基電路IC2的觸發(fā)腳2取得負(fù)觸發(fā)信號(hào),555輸出腳3輸出高電平,V9導(dǎo)通,IC3被封閉,封閉時(shí)刻由守時(shí)元件R15C5決議(約1.2s),使作業(yè)頻率降至1Hz以下,驅(qū)動(dòng)器的輸出信號(hào)將作業(yè)在所謂的“打嗝”狀況,防止了發(fā)作短路毛病后仍作業(yè)在本來(lái)的頻率下,接連進(jìn)行短路維護(hù)致使熱堆集而構(gòu)成IGBT損壞。只需毛病不見(jiàn),電路又能康復(fù)到正常作業(yè)狀況。
開(kāi)關(guān)電源維護(hù)功用雖屬電源設(shè)備電氣功能請(qǐng)求的附加功用,但在惡劣環(huán)境及意外事故條件下,維護(hù)電路是不是完善并按預(yù)訂設(shè)置作業(yè),對(duì)電源設(shè)備的安全性和牢靠性至關(guān)重要。檢驗(yàn)技能指標(biāo)時(shí),應(yīng)對(duì)維護(hù)功用進(jìn)行驗(yàn)證。

開(kāi)關(guān)電源的維護(hù)計(jì)劃和電路構(gòu)造具有多樣性,但對(duì)詳細(xì)電源設(shè)備而言,應(yīng)挑選合理的維護(hù)計(jì)劃和電路構(gòu)造,以使得在毛病條件下真實(shí)有用地完結(jié)維護(hù)。文中所述的維護(hù)電路能夠靈敏組合運(yùn)用,以簡(jiǎn)化電路構(gòu)造和下降本錢(qián)。


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