開關電源保護電路的工作原理
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(b) PWM控制電路的輸出驅動波形圖
圖8 利用電流傳感器進行過流檢測的IGBT保護電路
當出現(xiàn)過流時，電流傳感器檢測的整流電壓升高，VA>Vref，VB為高電平，C3充電使VC>Vref，IC2輸出高電平（大于1.4V），關閉PWM控制電路。因無驅動信號，IGBT關閉，而電源停止工作，電流傳感器無電流流過，使VAVref，VB=0.2V，C3經(jīng)R1放電，當C3放電到使VCVref時，IC2又輸出低電平，電源重新進入工作狀態(tài)，如果過流繼續(xù)存在，保護電路又回復到原來的限流保護工作狀態(tài)，反復循環(huán)使PWM控制電路的輸出驅動波形處于間隔輸出狀態(tài)，如圖8(b)所示波形。電位器RP1調(diào)整比較器過流動作閾值。電容器C3經(jīng)D5快速充電，經(jīng)R1慢速放電，只要合理地選擇R1，C3的參數(shù)，使PWM驅動信號關閉時間t2>>t1，可保證電源進入睡眠狀態(tài)。正反饋電阻R7保證IC2只有高、低電平兩種狀態(tài)，D5，R1，C3充放電電路，保證IC2輸出不致在高、低電平之間頻繁變化，即IGBT不致頻繁開通、關斷而損壞。
圖8 利用電流傳感器進行過流檢測的IGBT保護電路圖9是利用IGBT（V1）過流集電極電壓檢測和電流傳感器檢測的綜合保護電路，電路工作原理是：負載短路（或IGBT因其它故障過流）時，V1的Vce增大，V3門極驅動電流經(jīng)R2，R3分壓器使V3導通，IGBT柵極電壓由VD3所限制而降壓，限制IGBT峰值電流幅度，同時經(jīng)R5C3延遲使V2導通，送去軟關斷信號。另一方面，在短路時經(jīng)電流傳感器檢測短路電流，經(jīng)比較器IC1輸出的高電平使V3導通進行降柵壓，V2導通進行軟關斷。
圖9 綜合過流保護電路
圖10是應用檢測IGBT集電極電壓的過流保護原理，采用軟降柵壓、軟關斷及降低工作頻率保護技術的短路保護電路。
圖10
正常工作狀態(tài)，驅動輸入信號為低電平時，光耦IC4不導通，V1，V3導通，輸出負驅動電壓。驅動輸入信號為高電平時，光耦IC4導通，V1截止而V2導通，輸出正驅動電壓，功率開關管V4工作在正常開關狀態(tài)。發(fā)生短路故障時，IGBT集電極電壓增大，由于Vce增大，比較器IC1輸出高電平，V5導通，IGBT實現(xiàn)軟降柵壓，降柵壓幅度由穩(wěn)壓管VD2決定，軟降柵壓時間由R6C1形成2μs。同時IC1輸出的高電平經(jīng)R7對C2進行充電，當C2上電壓達到穩(wěn)壓管VD4的擊穿電壓時，V6導通并由R9C3形成約3μs的軟關斷柵壓，軟降柵壓至軟關斷柵壓的延遲時間由時間常數(shù)R7C2決定，通常選取在5～15μs。V5導通時，V7經(jīng)C4R10電路流過基極電流而導通約20μs，在降柵壓保護后將輸入驅動信號閉鎖一段時間，不再響應輸入端的關斷信號，以避免在故障狀態(tài)下形成硬關斷過電壓，使驅動電路在故障存在的情況下能執(zhí)行一個完整的降柵壓和軟關斷保護過程。
V7導通時，光耦IC5導通，時基電路IC2的觸發(fā)腳2獲得負觸發(fā)信號，555輸出腳3輸出高電平，V9導通，IC3被封鎖，封鎖時間由定時元件R15C5決定（約1.2s），使工作頻率降至1Hz以下，驅動器的輸出信號將工作在所謂的“打嗝”狀態(tài)，避免了發(fā)生短路故障后仍工作在原來的頻率下，連續(xù)進行短路保護導致熱積累而造成IGBT損壞。只要故障消失，電路又能恢復到正常工作狀態(tài)。
3 結語
開關電源保護功能雖屬電源裝置電氣性能要求的附加功能，但在惡劣環(huán)境及意外事故條件下，保護電路是否完善并按預定設置工作，對電源裝置的安全性和可靠性至關重要。驗收技術指標時，應對保護功能進行驗證。
開關電源的保護方案和電路結構具有多樣性，但對具體電源裝置而言，應選擇合理的保護方案和電路結構，以使得在故障條件下真正有效地實現(xiàn)保護。文中所述的保護電路可以靈活組合使用，以簡化電路結構和降低成本。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179116.htm
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