电源作为一切电子产品的供电设备,除了性能要满足供电产品的要求外,其自身的保护措施也非常重要,如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障时,如电子产品输入侧短路或输出侧开路时,则电源必须关闭其输出电压,才能保护功率MOSFET和输出侧设备等不被烧毁,否则可能引起电子产品的进一步损坏,甚至引起操作人员的触电及火灾等现象,因此,开关电源的过流保护功能一定要完善。
开关电源在电子设备供电系统中扮演着至关重要的角色,不仅要保证稳定的输出,还必须具备完善的保护机制,以防止过电压、过电流和过热等情况导致的设备损坏或安全隐患。过流保护是其中的关键一环,当电子产品出现故障,如输入侧短路或输出侧开路时,开关电源需能迅速关闭输出,以保护功率MOSFET和下游设备不受损害,避免触电和火灾等危险。
常见的开关电源过流保护方式主要有以下几种:
1. 额定电流下垂型:当电流超过设定值(通常是额定电流的110%~130%)时,输出电流逐渐下降,形成一种“フ字型”特性。
2. 恒流型:无论负载如何变化,电流保持恒定,以确保安全运行。
3. 恒功率型:多为电流下垂型,当电流增大时,输出功率保持恒定,以限制过电流。
在实际电路设计中,过流保护的实现方式多样,例如:
1. 变压器初级直接驱动电路中的限流电路:如图2所示,可以通过在MOSFET源极串联限流电阻Rsc,并配合晶体管S2或限流比较器来实现保护。图2(b)的限流比较器保护具有更快的响应速度和更高的精度,预置的门槛电压可以更精确地控制保护启动点。
2. 基极驱动电路的限流:如图3所示,通过监控负载电流并在达到设定值时控制基极驱动,使得晶体管S2截止,从而切断电源输出。这种设计允许控制电路与输出电路共地,简化了电路结构。
3. 无功率损耗的限流电路:利用电流互感器T2检测负载电流,当过载发生时,通过整流、滤波产生控制信号,驱动晶体管S1导通,影响电源变换器的调节电路,实现无功耗的保护(如图4所示)。
4. 555集成时基电路:555时基电路可以被用作过流保护的控制器,通过比较器和内部晶体管的协同工作,当电流超过设定阈值时,触发器输出改变,控制电源输出(见图5和555时基电路的基本框图)。
在设计过程中,为了保证过流保护的一致性,需要考虑输入电压范围的影响,如在90~264VAC输入电压变化时,可以通过增加上拉电阻R1来调整保护点,确保高低端过流保护的一致性。此外,电流互感器的参数选择和磁芯设计也是关键,需要经过实验验证以确保不饱和并达到最佳性能。
总结来说,开关电源的过流保护是通过各种电路设计来实现的,包括限流电阻、比较器、电流互感器以及专用集成电路等。这些方法各有优缺点,设计时应根据实际需求和系统性能来选择合适的方案,以确保电源系统的稳定性和安全性。