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开关电源的原理,开关电源电路介绍
时间:2022-01-15 08:31:28 点击次数:232

开关电源原理

开关电源是一种电压转化电路,首要的作业内容是升压和降压,广泛运用于现代电子产品。因为开关三极管总是作业在“开”与“关”的状况,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路,这种转化电能的方法,不只运用在电源电路,在其它的电路运用也很广泛,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压器比较具有用率高、稳性好、体积小等长处,缺陷是功率相对较小,而且会对电路发生高频搅扰,变压器反应式振荡电路,能发生有规则的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反应式振荡电路就是能满足这种条件的电路。


1防浪涌软启动电路

开关电源的输入电路大都选用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,因为电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会构成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,选用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。这种现象均会构成开关电源无法正常作业,为此简直所有的开关电源都设置了避免流涌电流的软启动电路,以确保电源正常而牢靠作业。


2过压、欠压及过热维护电路

进线电源过压及欠压对开关电源构成的危害,首要表现在器件因接受的电压及电流应力超出正常运用的规模而损坏,一原因电气性能指标被损坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制,为此选用过压、欠压维护以进步电源的牢靠性和安全性。温度是影响电源设备牢靠性的最重要因素。根据有关材料剖析标明,电子元器件温度每升高2℃,牢靠性下降10%,温升50℃时的作业寿数只要温升25℃时的1/6,为了避免功率器件过热构成损坏,在开关电源中亦需要设置过热维护电路。


3缺相维护电路

因为电网本身原因或电源输入接线不牢靠,开关电源有时会出现缺相作业的状况,且掉相作业不易被及时发现。当电源处于缺相作业时,整流桥某一臂无电流,而其它臂会严峻过流构成损坏,一同使逆变器作业出现反常,因此有必要对缺相进行维护。检测电网缺相一般选用电流互感器或电子缺相检测电路。因为电流互感器检测成本高、体积大,故开关电源中一般选用电子缺相维护电路。三相平衡时,R1~R3结点H电位很低,光耦合输出近似为零电平。当缺相时,H点电位抬高,光耦输出高电平,经比较器进行比较,输出低电平,封闭驱动信号。比较器的基准可调,以便调度缺相动作阈值。该缺相维护适用于三相四线制,而不适用于三相三线制。电路稍加改变,亦可用高电平封闭PWM信号。


4短路防护

开关电源同其它电子装置一样,短路是最严峻的缺陷,短路维护是否牢靠,是影响开关电源牢靠性的重要因素。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压下降的特征,是现在中、大功率开关电源最广泛运用的电力电子开关器件。IGBT能够接受的短路时刻取决于它的丰满压降和短路电流的大小,一般仅为几μs至几十μs。短路电流过大不只使短路接受时刻缩短,而且使关断时电流下降率di/dt过大,因为漏感及引线电感的存在,导致IGBT集电极过电压,该过电压可在器件内部发生擎住效应使IGBT承认失效,一同高的过电压会使IGBT击穿。因此,当出现短路过流时,有必要采用有用的维护方法。为了完成IGBT的短路维护,则有必要进行过流检测。适用IGBT过流检测的方法,一般是选用霍尔电流传感器直接检测IGBT的电流Ic,然后与设定的阈值比较,用比较器的输出去操控驱动信号的关断;或者选用直接电压法,检测过流时IGBT的电压降Vce,因为管压降含有短路电流信息,过流时Vce增大,且基本上为线性关系,检测过流时的Vce并与设定的阈值进行比较,比较器的输出操控驱动电路的关断。在短路电流出现时,为了避免关断电流的di/dt过大构成过电压,导致IGBT承认无效和损坏,以及为了下降电磁搅扰,一般选用软降栅压和软关断归纳维护技能。在检测到过流信号后首先是进入降栅维护程序,以下降缺陷电流的幅值,延伸IGBT的短路接受时刻。在降栅动作后,设定一个固定推延时刻用以判别缺陷电流的真实性,如在推延时刻内缺陷消失则栅压自动康复,如缺陷依然存在则进行软关断程序,使栅压降至0V以下,关断IGBT的驱动信号。因为在降压程序阶段集电极电流已减小,故软关断时不会出现过大的短路电流下降率和过高的过电压。选用软降栅压及软关断栅极驱动维护,使缺陷电流的幅值和下降率都能受到限制,过电压下降,IGBT的电流、电压作业轨道能确保在安全区内。在规划降栅压维护电路时,要正确选择降栅压高低和速度,假定降栅压高低大(比方7.5V),降栅压速度不要太快,一般可选用2μs下降时刻的软降栅压,因为降栅压高低大,集电极电流现已较小,在缺陷状况封闭栅极可快些,不必选用软关断;假定降栅压高低较小(比方5V以下),降栅速度可快些,而封闭栅压的速度有必要慢,即选用软关断,以避免过电压发生。

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