高性能电源保护电路

     因为电源适配器在由它与负载所组成的整个电子系统中,不但要承受来自电网与外界的(诸如电压跌落､浪涌与中断､频率变化､波形失真､持续噪声､电磁干扰､瞬变等)不良影响的考验,而还要经受来自负载的(诸如过流､短路､瞬变､过电压等方面)严格考验｡因此,对于电源产品的设计师来讲,仅对电源进行常规的输入､输出性能设计是不够的｡还要对电源进行在超额定条件下(例如强辐射､超压､超温､超载等)的设计､检验｡只有这样,才能使电源在任何恶劣的条件下都能安全､可靠地工作｡为了达到这一目的,设计时必须考虑到在任何超额定条件下都能使电源不致失效或损坏的措施。

1.理想的电源适配器保护电路的特性

最理想的电源适配器保护电路应具有以下特性

①在进入超额定条件时,电源适配器能安全地自动进入自保护状态,例如输入端的过电压/欠电压保护､输出端的过电压/欠电压保护､过载保护､短路保护以及过热保护｡

②电源适配器进入保护状态期间,其功耗愈小愈好

③电源适配器进入保护状态期间,电子元器件的工作应力愈小愈好,使电源进入睡眠状态｡睡眠状态一般有两种方式:第一种是工作于极窄的脉冲宽度状态;第二种是工作于完全关断与极窄的脉冲宽度相交替的间歇状态｡从元器件应力和电源功耗方面来讲,最好是间歇工作状态,保证即便电源长期处于保护状态也不损伤电源寿命｡④保护电路具有自解除功能｡电源的保护状态解除后,电源能够从睡眠状态被自动唤醒进人正常工作状态｡

  ⑤保护电路的构成愈简单愈好,最好无需再给保护线路另行提供电源适配器｡

  ⑥保护电路本身的功耗愈小愈好,以保证提高电源适配器的整体效率

2高性能电源适配器保护电路

  下面介绍一种较为完善的保护电路,如图2-65所示｡T1为鉴流线圈,初级线圈以半匝串接入主振荡管的D极(场效应管)或C极(晶体三极管)｡这样接的最大好处在于:

图2-65高性能保持电路图

  ①鉴流线圈能最大程度地感应到主振荡管电流的变化情况

  ②T1鉴流线圈后级接法基本上是通用型PWM整流､滤波线路｡相对于一般鉴别电源适配器总电流的方法,它的鉴流输出功率大,易于后级的再处理,鉴流输出的电压Vom随电源输入电压变化较小,其值主要取决于振荡管上的电流脉动波形的积分｡这样,就使输入电压的低端与高端能得到基本相同的过流保护特性。

RW为人工设定过流保护点的调节电位器;R3､R6､R9为正反馈电阻,用以设定保护点的阈值电压;Rr为正温度系数的热敏电阻｡电源适配器正常工作时,Uom<<Uom,运算放大器IC1的输出电压Uo等于其截止电压,约为0.2V,运算放大器IC2的输入端电压Uoe<<Uom,Uour等于其截止电压,约为0.2V｡通过电阻将其接于UC2525A的⑩脚,此电平足以保证电路正常工作｡一且输出出现过载或短路现象,Uom>Uom,运算放大器IC1的输出电压Uom变高,等于运放最大输出电压幅度,约为Vc-2V｡此时,电源马上给电容C4充电,使运算放大器IC2的输入端电压Uon>>Uom,Uour变高,此电平足以保证电路UC2525A完全关闭,使电源进入停止工作期｡在此期间,鉴流输出电压Uo为零,Uom<<Uom,运算放大器IC1的输出   电压Uom又将等于其截止电压,约为0.2V｡此时,因为电容C4上的电压Uom不能突变,必须通过电阻R7放电,R7､C4取值较大,通过改变R7或C4的值来调节停止工作期的时间｡只有当Uoms放电到Uo<Uom时,Uour才变低,电源重新进入正常工作状态｡如果过流状态依然存在的话,电源又将进入停止工作期｡如此周而复始｡在保护期间,UC2525A推动级上的工作波形如图2-66所示｡

  调节R7､C4值,使T2>>T1,保证电源适配器在真正意义上进入睡眠状态｡从电路分析可以看出,因为有了R7､VD5､C4组成的充､放电回路,通过二极管VD5充电快而放电慢,加之R3､R7正反馈电阻设定阈值保证Uout的输出状态只有两种,即高电平或低电平｡如果没有R7､VD5､C4组成的充､放电回路,则T2约等于T1,对  UC2525A的⑩脚电压来说将出现0.6~0.8V频繁变化,将使电源处于频繁的启动与关闭状态,对振荡管极为不利,也最容易损坏功率管｡

  借助上述电路,可以很容易地构成输入过/欠压保护电路､输出过/欠压保护电路以及过热保护电路｡在此,仅以附加过热保护为例,说明如下｡如图2-65所示,过热保护电路由IC3及其周边元件组成｡当电源适配器的温度没有超过设定温度时,Um1<U｡2,运放IC3的输出电压U｡为低电平｡由于有二极管VD6的存在,此时IC3的输出电压Uo不会影响到UoP｡也就是说在过热保护电路未起作用时,它不会影响到上述的过流保护电路的性能｡当电源适配器温度降低到超温保护点以下时,电源才能重新进入正常工作状态｡依此类推,可以构成其他输入输出过/欠压保护电路｡在此,不再一一赘述｡

  根据上述设计原则,同样可以类推出诸如F494､F3825A､F384X系列､F3524等几乎所有PWM型芯片所组成的各种电路形式｡

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