開關電源:過欠壓、過流、過溫、軟啟動、CNT保護實際電路詳解!

2021-01-17 阿拉丁照明網


當用戶在使用電源模塊時，可能會由於某種原因，造成模塊輸出電壓升高，為了保護用戶電路板上的器件不被損壞，當模塊的輸出電壓高於一定值時，模塊必須封鎖脈衝，阻止輸出電壓的繼續上升。



D320產生一個5.1V電壓基準送至運放U301反相輸入端，R330、R334、R336用於檢測輸出電壓、檢測電壓值送至運放U301同相輸入端。


輸出電壓沒有達到過壓保護點時，運放U301 5腳的電壓小於6腳的電壓，運放輸出為低電平，輸出正常。


輸出電壓Vo升高到設定檢測點電壓時，電阻R336、R334、R330檢測的分壓比送入運放U301的5腳，此時5腳電壓高於6腳電壓，運放U301輸出高電平，封閉控制晶片PWM信號，模塊輸出電壓為零。


過流保護電路實例（1）

圖2.過流保護電路實例


工作原理


T2採集模塊原邊開關管的輸入電流，採樣電流經取樣電阻R18轉換成電壓信號，再經兩路開關二極體（D6）整流形成兩路控制信號。一路峰值信號去控制38C43的3腳；另一路準峰值電平進入38C43 EA的反相輸入端2腳。


採用CT作電流採樣的好處是採樣電路功耗小，採樣電路靈活，CT可以放置在MOSFET開關管的D極或S極，也可以串聯於主變壓器原邊的Vin+端。缺點是電路稍複雜，體積大，CT存在大佔空比時不能有效復位的問題。CT採樣一般用於中大功率的模塊。


3843PWM晶片介紹


圖3.3843晶片內部結構圖


晶片工作原理


虛線所框部分為38C43晶片內置的誤差放大器和電流放大器。誤差放大器的輸出經過內部分壓後（被鉗位到1V），進入電流放大器的反相輸入端，與電流採樣信號比較後進入PWM產生電路。最終在晶片的6腳輸出PWM信號。


在這裡，誤差放大器被用來作OCP保護，電流控制放大器I/A作峰值電流限流保護。


誤差放大器E/A用於準峰值限流。當38C43反相輸入端2腳的直流電平達到2.5V時，誤差放大器E/A起作用，使38C43的6腳輸出驅動信號佔空比D減小，達到模塊OCP之目的。



過流保護電路實例（2）


圖4.過流保護電路實例


工作原理


T3是電流互感器，用於電流採樣，VD1用於整流，VD2、R9用於T3的磁恢復，C2用於濾波。當主開關管導通時，T3採樣其電流並將電流信號縮小輸出，通過VD1整流，並通過R8將其轉換成電壓信號。


此電壓信號通過R3輸出給U1（PWM晶片，UC3844）的3腳，當3腳的電壓超過1V時，U1通過內部的電路，減小6腳輸出信號的脈寬，這樣就減小了輸出電壓，從而達到原邊限流的目的。當主開關管截止時，T3通過VD2、R9進行磁恢復，使T3磁勢回零。


過流打嗝電路實例


圖5.打嗝電路實例


工作原理


當輸出電流出現過流時，電流互感器副邊通過R31和 R29//R29A就會在R30上面形成的電壓升高，從而使N2C的12管腳電壓升高超出負向輸入端基準電壓（2.5V），實現運放N2C的翻轉。


當N2C實現翻轉後就會對電容C46充電而C46上面的電荷只能通過電阻R76放掉，因此通過選擇R76的阻值來確定放電時間常數，從而確定打嗝限流的持續時間。


在N2C實現翻轉後將N2D的3腳電平抬高，導致N2D翻轉，將38C43的1管腳拉低，從而封鎖38C43工作。


過溫保護電路舉例 (1)

圖6.過溫保護電路實例1


工作原理


當溫度繼電器K104檢測點溫度低於80±5℃時，K104保持吸合短路狀態，HOT 與PROTECT信號均為低電平，電源模塊正常工作。當檢測點溫度達到80±5℃時，溫度繼電器觸點斷開，HOT 與PROTECT信號變為高電平，在PROTECT 信號作用下，電源模塊保護關機，達到保護電源模塊免受過溫損壞的目的。


電源模塊保護關機後，溫度繼電器溫度下降，下降到一定程度後溫度繼電器恢復吸合狀態，HOT 與PROTECT信號變回低電平，電源模塊恢復工作。



這裡介紹一種交流輸入浪湧電流抑制電路，該電路一般應用於AC/DC整流模塊中，抑制上電啟動時交流輸入通過整流橋對大容量濾波電容的衝擊電流，以減小模塊上電時對電網的影響，同時對模塊和配電相關器件起保護作用。


軟啟動電路舉例 (1)

圖7.軟啟動電路1


工作原理


當輸入剛加電時，繼電器K102處於常開狀態，輸入通過R104，G101對電容C109、C110充電，由於電阻R104的存在，限制了C109，C110的充電電流。當電容C109、C110電壓充到一定數值後，模塊輔助電源啟動。START信號在輔助電源上電時為高電平。再經過一定時間的延時，START信號變為低電平，啟動輸入繼電器吸合，模塊開始正常工作。


軟啟動電路舉例 (2)


下面介紹一種DC-DC軟啟動電路，該電路一般應用於中、小功率DC-DC變換器中。其目的，主要是為了：(1)、避免電源模塊輸出端出現電壓過衝，從而引起過壓保護電路產生誤動作；(2)、降低開關元件、輸出濾波電容器的應力，從而提高產品的可靠性和延長其元器件的使用壽命。


圖8.軟啟動電路2


工作原理


當UC3843的7腳註入直流電壓VCC時，8腳上就有5V電壓輸出，通過R848給C840充電，當C840上的電壓大於三極體V808發射極電壓時，V808截止，UC3843的6腳就有脈寬電壓輸出。（該輸出脈寬電壓並不是一開始有輸出，脈寬就能達到最大，而是隨著電容器C840上的充電電壓的逐步升高而逐步展開的）。


當VCC掉電時，UC3843第8腳輸出為0，此時，儲存在C840上的電壓，只能通過D818、R859來快速釋放掉。這樣做的目的，主要是為了保證VCC在第二次來電時來電時，使UC3843第六腳輸出的PWM脈寬電壓有一個逐步展開的過程。


欠壓，過溫，CNT保護綜合電路舉例(1)

圖9.綜合電路1


電路說明：


Vcc：13V輔助電源電壓


N12：2.5V基準


欠壓保護原理


輸入欠壓保護比較由運放N5C提供，其中pin9為N12提供的2.5V的基準電壓，當輸入電壓低於36V並繼續降低時，由R37，R54，R99，R100組成的分壓網絡分得的電壓Vpin10也繼續降低，當Vpin10<Vpin9時，N5C輸出PRO翻轉為低電平，經過邏輯電路將38C43的pin1拉低，關斷輸出。


欠壓恢復原理與上述相反，其中R78產生正反饋可以提供一定的回差電壓，可以避免輸入線較長時產生振蕩開關機。


過溫保護電路原理


過溫保護比較由運放N5B提供，其中pin6為N12分壓後提供的基準電壓。RT為負溫度係數的熱敏電阻，當溫度升高時，其阻值減小，由N12通過RT，R84，R83分壓，使Vpin5的電壓升高，當Vpin5>Vpin6時，N5B輸出翻轉為高電平，通過D12使Vpin9電壓升高，N5C輸出PRO翻轉為低電平，經過邏輯電路將38C43的pin1拉低，關斷輸出。為了避免在過溫點附近頻繁保護，增加回差功能，由R56提供。


CNT電路原理（以負邏輯為例）


CNT功能比較由運放N5A提供，其中pin2為N12分壓後提供的基準電壓。負邏輯功能時，R58斷開。如果RC1接-VIN，則Vpin3電壓為0，N5A輸出為低電平，N5C輸出PRO為高電平，輸出正常；如果RC1懸空或接高電平，則Vpin3電壓從Vcc或RC1分壓後大於Vpin2，N5A輸出高電平，通過D12後，N5C輸出PRO翻轉為低電平，經過邏輯電路將38C43的pin1拉低，關斷輸出。


欠壓，過溫，CNT保護綜合電路舉例(2)



圖10.綜合電路2


工作原理


當模塊CNT為負邏輯時，去掉D4A、RC1，焊上D4、RC2，模塊正常工作時CNT接低電平。則N2B輸出低電平，此時降低輸入電壓，當N2A Pin2上電壓低於Pin3腳上電壓時，N2A輸出高電平，從而Q8導通，將38HC43 Pin1拉低，使模塊關斷，此時N2A Pin1上電壓約等於Vcc，導致N2A Pin3上電位升高，因此當欠壓回復點比欠壓點高，這就產生了回差。


隨著鋁基板溫度上升，NTC熱敏電阻RT1阻值下降，N2B Pin5上電位逐漸上升，當鋁基板溫度達到過溫保護點時，N2B Pin5電位高於Pin6電位，N2B輸出高電平，從而Q8導通，將38HC43 Pin1拉低，使模塊關斷，同樣，過溫保護也會產生回差。


當模塊CNT 為正邏輯時，去掉D4、RC2，焊上D4A、RC1，模塊正常工作時CNT懸空或接高電平。輸入欠壓及過溫保護工作原理同負邏輯。


欠壓，過溫，CNT保護綜合電路舉例(3)


圖11.綜合電路3


欠壓，過溫，CNT保護綜合電路舉例(4)


圖12.綜合電路4

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