高性能電源保護電路

     因為電源適配器在由它與負載所組成的整個電子系統中,不但要承受來自電網與外界的(諸如電壓跌落?浪涌與中斷?頻率變化?波形失真?持續噪聲?電磁干擾?瞬變等)不良影響的考驗,而還要經受來自負載的(諸如過流?短路?瞬變?過電壓等方面)嚴格考驗?因此,對于電源產品的設計師來講,僅對電源進行常規的輸入?輸出性能設計是不夠的?還要對電源進行在超額定條件下(例如強輻射?超壓?超溫?超載等)的設計?檢驗?只有這樣,才能使電源在任何惡劣的條件下都能安全?可靠地工作?為了達到這一目的,設計時必須考慮到在任何超額定條件下都能使電源不致失效或損壞的措施。

1.理想的電源適配器保護電路的特性

最理想的電源適配器保護電路應具有以下特性

①在進入超額定條件時,電源適配器能安全地自動進入自保護狀態,例如輸入端的過電壓/欠電壓保護?輸出端的過電壓/欠電壓保護?過載保護?短路保護以及過熱保護?

②電源適配器進入保護狀態期間,其功耗愈小愈好

③電源適配器進入保護狀態期間,電子元器件的工作應力愈小愈好,使電源進入睡眠狀態?睡眠狀態一般有兩種方式:第一種是工作于極窄的脈沖寬度狀態;第二種是工作于完全關斷與極窄的脈沖寬度相交替的間歇狀態?從元器件應力和電源功耗方面來講,最好是間歇工作狀態,保證即便電源長期處于保護狀態也不損傷電源壽命?④保護電路具有自解除功能?電源的保護狀態解除后,電源能夠從睡眠狀態被自動喚醒進人正常工作狀態?

  ⑤保護電路的構成愈簡單愈好,最好無需再給保護線路另行提供電源適配器?

  ⑥保護電路本身的功耗愈小愈好,以保證提高電源適配器的整體效率

2高性能電源適配器保護電路

  下面介紹一種較為完善的保護電路,如圖2-65所示?T1為鑒流線圈,初級線圈以半匝串接入主振蕩管的D極(場效應管)或C極(晶體三極管)?這樣接的最大好處在于:

圖2-65高性能保持電路圖

  ①鑒流線圈能最大程度地感應到主振蕩管電流的變化情況

  ②T1鑒流線圈后級接法基本上是通用型PWM整流?濾波線路?相對于一般鑒別電源適配器總電流的方法,它的鑒流輸出功率大,易于后級的再處理,鑒流輸出的電壓Vom隨電源輸入電壓變化較小,其值主要取決于振蕩管上的電流脈動波形的積分?這樣,就使輸入電壓的低端與高端能得到基本相同的過流保護特性。

RW為人工設定過流保護點的調節電位器;R3?R6?R9為正反饋電阻,用以設定保護點的閾值電壓;Rr為正溫度系數的熱敏電阻?電源適配器正常工作時,Uom<<Uom,運算放大器IC1的輸出電壓Uo等于其截止電壓,約為0.2V,運算放大器IC2的輸入端電壓Uoe<<Uom,Uour等于其截止電壓,約為0.2V?通過電阻將其接于UC2525A的⑩腳,此電平足以保證電路正常工作?一且輸出出現過載或短路現象,Uom>Uom,運算放大器IC1的輸出電壓Uom變高,等于運放最大輸出電壓幅度,約為Vc-2V?此時,電源馬上給電容C4充電,使運算放大器IC2的輸入端電壓Uon>>Uom,Uour變高,此電平足以保證電路UC2525A完全關閉,使電源進入停止工作期?在此期間,鑒流輸出電壓Uo為零,Uom<<Uom,運算放大器IC1的輸出   電壓Uom又將等于其截止電壓,約為0.2V?此時,因為電容C4上的電壓Uom不能突變,必須通過電阻R7放電,R7?C4取值較大,通過改變R7或C4的值來調節停止工作期的時間?只有當Uoms放電到Uo<Uom時,Uour才變低,電源重新進入正常工作狀態?如果過流狀態依然存在的話,電源又將進入停止工作期?如此周而復始?在保護期間,UC2525A推動級上的工作波形如圖2-66所示?

  調節R7?C4值,使T2>>T1,保證電源適配器在真正意義上進入睡眠狀態?從電路分析可以看出,因為有了R7?VD5?C4組成的充?放電回路,通過二極管VD5充電快而放電慢,加之R3?R7正反饋電阻設定閾值保證Uout的輸出狀態只有兩種,即高電平或低電平?如果沒有R7?VD5?C4組成的充?放電回路,則T2約等于T1,對  UC2525A的⑩腳電壓來說將出現0.6~0.8V頻繁變化,將使電源處于頻繁的啟動與關閉狀態,對振蕩管極為不利,也最容易損壞功率管?

  借助上述電路,可以很容易地構成輸入過/欠壓保護電路?輸出過/欠壓保護電路以及過熱保護電路?在此,僅以附加過熱保護為例,說明如下?如圖2-65所示,過熱保護電路由IC3及其周邊元件組成?當電源適配器的溫度沒有超過設定溫度時,Um1<U?2,運放IC3的輸出電壓U?為低電平?由于有二極管VD6的存在,此時IC3的輸出電壓Uo不會影響到UoP?也就是說在過熱保護電路未起作用時,它不會影響到上述的過流保護電路的性能?當電源適配器溫度降低到超溫保護點以下時,電源才能重新進入正常工作狀態?依此類推,可以構成其他輸入輸出過/欠壓保護電路?在此,不再一一贅述?

  根據上述設計原則,同樣可以類推出諸如F494?F3825A?F384X系列?F3524等幾乎所有PWM型芯片所組成的各種電路形式?

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