NCP361过压保护控制器
NCP361
USB Positive Overvoltage Protection Controller with Internal PMOS FET and Overcurrent Protection
The NCP361 disconnects systems at its output when wrong VBUS operating conditions are detected at its input. The system is positive over?voltage protected up to +20V.
Thanks to an integrated PMOS FET, no external device is necessary, reducing the system cost and the PCB area of the
application board.
The NCP361 is able to instantaneously disconnect the output from the input if the input voltage exceeds the overvoltage threshold (5.675V). Thanks to an overcurrent protection, the integrated PMOS is turning off when the charge current exceeds current limit (see options in ordering information).
The NCP361 provides a negative going flag (FLAG) output, which alerts the system that voltage, current or overtemperature faults have occurred.
In addition, the device has ESD?protected input (15kV Air) when bypassed with a 1m F or larger capacitor.
Features
?Overvoltage Protection up to 20V
?On?chip PMOS Transistor
?Overvoltage Lockout (OVLO)
?Undervoltage Lockout (UVLO)
?Overcurrent Protection
?Alert FLAG Output
?EN Enable Pin
?Thermal Shutdown
?Compliance to IEC61000?4?2 (Level 4)
8kV (Contact)
15kV (Air)
?ESD Ratings: Machine Model = B
Human Body Model = 2
?6 Leads UDFN 2x2 mm Package
?5 Leads TSOP?5 3x3 mm Package
?This is a Pb?Free Device
Applications
?USB Devices
?Mobile Phones
?Peripheral
?Personal Digital Applications
?MP3 Players
?Set Top Boxes
6 PIN UDFN
CASE 517AB
PIN CONNECTIONS
https://www.360docs.net/doc/0f18093906.html,
MARKING
DIAGRAMS
(T op View)
IN
GND
FLAG
EN
OUT
Q
OUT
1
1
xxx= Specific Device Code
M= Date Code
A= Assembly Location
Y= Year
W= Work Week
G= Pb?Free Package
(Note: Microdot may be in either location)
TSOP?5
CASE 483
IN
GND
EN
OUT
FLAG
ORDERING INFORMATION
See detailed ordering and shipping information in the package dimensions section on page 10 of this data sheet.
Figure 1. Typical Application Circuit (UDFN Pinout)
1 m
Figure 2. Functional Block Diagram
INPUT EN
PIN FUNCTION DESCRIPTION (UDFN Package)
Pin https://www.360docs.net/doc/0f18093906.html, Type Description
1
EN
INPUT
Enable Pin. The device enters in shutdown mode when this pin is tied to a high level. In this case the output is disconnected from the input. T o allow normal functionality, the EN pin shall be connected to GND or to a I/O pin. This pin does not have an impact on the fault detection.2GND POWER Ground
3IN POWER Input Voltage Pin. This pin is connected to the VBUS. A 1 m F low ESR ceramic capacitor, or larger,must be connected between this pin and GND.
4, 5
OUT
OUTPUT
Output Voltage Pin. The output is disconnected from the VBUS power supply when the input voltage is above OVLO threshold or below UVLO threshold. A 1 m F capacitor must be connected to these pins.The two OUT pins must be hardwired to common supply.
6FLAG OUTPUT
Fault Indication Pin. This pin allows an external system to detect a fault on VBUS pin. The FLAG pin goes low when input voltage exceeds OVLO threshold. Since the FLAG pin is open drain functionality,an external pull up resistor to V CC must be added.
PIN FUNCTION DESCRIPTION (TSOP ?5 Package)
Pin https://www.360docs.net/doc/0f18093906.html, Type Description
1IN POWER Input Voltage Pin. This pin is connected to the VBUS. A 1 m F low ESR ceramic capacitor, or larger,must be connected between this pin and GND.2GND POWER Ground
3
EN
INPUT
Enable Pin. The device enters in shutdown mode when this pin is tied to a high level. In this case the output is disconnected from the input. T o allow normal functionality, the EN pin shall be connected to GND or to a I/O pin. This pin does not have an impact on the fault detection.
4FLAG OUTPUT
Fault Indication Pin. This pin allows an external system to detect a fault on VBUS pin. The FLAG pin goes low when input voltage exceeds OVLO threshold. Since the FLAG pin is open drain functionality,an external pull up resistor to V CC must be added.
5OUT OUTPUT
Output Voltage Pin. The output is disconnected from the VBUS power supply when the input voltage is above OVLO threshold or below UVLO threshold. A 1 m F capacitor must be connected to this pin.
NOTE:
Pin out provided for concept purpose only and might change in the final product
MAXIMUM RATINGS
Rating Symbol Value Unit Minimum Voltage (IN to GND)Vmin in?0.3V Minimum Voltage (All others to GND)Vmin?0.3V Maximum Voltage (IN to GND)Vmax in21V Maximum Voltage (All others to GND)Vmax7.0V Maximum DC Current from Vin to Vout (PMOS) (Note 1)Imax600mA
Thermal Resistance, Junction?to?Air TSOP?5
UDFN R q JA305
240
°C/W
Operating Ambient T emperature Range T A?40 to +85°C Storage T emperature Range T stg?65 to +150°C Junction Operating T emperature T J150°C
ESD Withstand Voltage (IEC 61000?4?2) Human Body Model (HBM), Model = 2 (Note 2) Machine Model (MM) Model = B (Note 3)Vesd15 Air, 8.0 Contact
2000
200
kV
V
V
Moisture Sensitivity MSL Level 1?Stresses exceeding Maximum Ratings may damage the device. Maximum Ratings are stress ratings only. Functional operation above the
Recommended Operating Conditions is not implied. Extended exposure to stresses above the Recommended Operating Conditions may affect device reliability.
1.With minimum PCB area. By decreasing R q JA, the current capability increases. See PCB recommendation page 9.
2.Human Body Model, 100 pF discharged through a 1.5 k W resistor following specification JESD22/A114.
3.Machine Model, 200 pF discharged through all pins following specification JESD22/A115.
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
(Min/Max limits values (?40°C < T A< +85°C) and V in = +5.0 V. Typical values are T A = +25°C, unless otherwise noted.) Characteristic Symbol Conditions Min Typ Max Unit Input Voltage Range V in 1.220V Undervoltage Lockout Threshold UVLO V in falls down UVLO threshold 2.85 3.0 3.15V Uvervoltage Lockout Hysteresis UVLO hyst507090mV Overvoltage Lockout Threshold OVLO V in rises up OVLO threshold 5.43 5.675 5.9V Overvoltage Lockout Hysteresis OVLO hyst50100125mV V in versus V out Dopout V drop V in = 5 V, I charge = 500 mA150200mV Overcurrent Limit I lim V in = 5 V550750950mA Supply Quiescent Current Idd No Load, V in = 5.25 V2035m A Standby Current I std V in = 5 V, EN = 1.2 V2637m A Zero Gate Voltage Drain Current I DSS V DS = 20 V, V GS = 0 V0.08m A FLAG Output Low Voltage Vol flag V in > OVLO
400mV
Sink 1 mA on FLAG pin
FLAG Leakage Current FLAG leak FLAG level = 5 V 5.0nA EN Voltage High V ih V in from 3.3 V to 5.5 V 1.2V EN Voltage Low V il V in from 3.3 V to 5.5 V0.55V EN Leakage Current EN leak EN = 5.5 V or GND170nA TIMINGS
Start Up Delay t on From V in > UVLO to V out = 0.8xV in, See Fig 3 & 9 4.015ms FLAG going up Delay t start From V in > UVLO to FLAG = 1.2 V, See Fig 3 & 10 3.0m s
0.7 1.5m s Output Turn Off Time t off From V in > OVLO to V out≤ 0.3 V, See Fig 4 & 11
V in increasing from 5 V to 8 V at 3V/m s.
No output capacitor.
1.0m s Alert Delay t stop From V in > OVLO to FLAG ≤ 0.4 V, See Fig 4 & 12
V in increasing from 5 V to 8 V at 3V/m s
Disable Time t dis From EN 0.4 to 1.2V to V out≤ 0.3 V, See Fig 5 & 13
3.0m s
V in = 4.75 V.
No output capacitor.
Thermal Shutdown T emperature T sd150°C Thermal Shutdown Hysteresis T sdhyst30°C
V in ? R DS(on) x I Figure 3. Start Up Sequence Figure 4. Shutdown on Over Voltage Detection Figure 5. Disable on EN = 1Figure 6. FLAG Response with EN = 1 FLAG V IN > OVLO or V IN < UVLO CONDITIONS Figure 7. UVLO < V IN < OVLO CONDITIONS Figure 8. Figure 9. Start Up. Vin=Ch1, Vout=Ch2 Figure 10. FLAG Going Up Delay. Vin=Ch1, FL:AG=Ch3 Figure 11. Output Turn Off time. Vin=Ch1, Vout=Ch2 Figure 12. Alert Delay. Vout=Ch1, FLAG=Ch3 Figure 13. Disable Time. EN=Ch4, Vin=Ch1, Vout=Ch2Figure 14. Thermal Shutdown. Vin=Ch1, Vout=Ch2, FLAG=Ch3 Figure 15. R DS(on) vs. Temperature (Load = 500 mA) Figure 16. Output Short Circuit Figure 17. Quiescent Current vs. Input Voltage Figure 18. Overcurrent Protection Threshold vs. Temperature Figure 19. Overcurrent Protection Threshold vs. Input Voltage R D S (o n ) (m W ) TEMPERA TURE (°C) V in , INPUT VOLTAGE (V) S U P P L Y Q U I E S C E N T C U R R E N T (m A ) 020406080100120 720740760780800820840860 TEMPERA TURE (°C) O V E R C U R R E N T T H R E S H O L D (m A ) 880900140160180INPUT VOLTAGE (V) 720 740760780800820840860O V E R C U R R E N T T H R E S H O L D (m A ) 880900 Operation NCP361 provides overvoltage protection for positive voltage, up to 20V . A PMOS FET protects the systems (i.e.: VBUS) connected on the V out pin, against positive overvoltage. The Output follows the VBUS level until OVLO threshold is overtaken. Undervoltage Lockout (UVLO) To ensure proper operation under any conditions, the device has a built ?in undervoltage lock out (UVLO)circuit. During V in positive going slope, the output remains disconnected from input until V in voltage is above 3.0V nominal. The FLAGV output is pulled to low as long as V in does not reach UVLO threshold. This circuit has a 70mV hysteresis to provide noise immunity to transient condition. Figure 20. Output Characteristic vs. V in V in (V)20 V OVLO UVLO 0V out OVLO UVLO Overvoltage Lockout (OVLO) To protect connected systems on V out pin from overvoltage, the device has a built ?in overvoltage lock out (OVLO) circuit. During overvoltage condition, the output remains disabled until the input voltage exceeds 6.0V .FLAG output is tied to low until V in is higher than OVLO. This circuit has a 100mV hysteresis to provide noise immunity to transient conditions . Overcurrent Protection (OCP) The NCP361 integrates overcurrent protection to prevent system/battery overload or defect. The current limit threshold is internally set at 750 mA. This value can be changed from 150 mA to 750 mA by a metal tweak,please contact your ON Semiconductor representative for availability. During current fault, the internal PMOS FET is automatically turned off (5 m s) if the charge current exceeds I lim . NCP361 goes into turn on and turn off mode as long as defect is present. The internal ton delay (4 ms typical) allows limiting thermal dissipation. The Flag pin goes to low level when an overcurrent fault appears. That allows the microcontroller to count defect events and turns off the PMOS with EN pin. I Figure 21. Overcurrent Event Example FLAG Output NCP361 provides a FLAG output, which alerts external systems that a fault has occurred. This pin is tied to low as soon as: 1.2 V < V in < UVLO,V in > OVLO, I charge > I limit , T J > 150°C. When NCP361recovers normal condition, FLAG is held high. The pin is an open drain output, thus a pull up resistor (typically 1 M W ? Minimum 10 k W ) must be provided to V CC . FLAG pin is an open drain output. EN Input To enable normal operation, the EN pin shall be forced to low or connected to ground. A high level on the pin disconnects OUT pin from IN pin. EN does not overdrive an OVLO or UVLO fault. Internal PMOS FET The NCP361 includes an internal PMOS FET to protect the systems, connected on OUT pin, from positive overvoltage. Regarding electrical characteristics, the R DS(on), during normal operation, will create low losses on V out pin, characterized by V in versus V out dropout. ESD Tests The NCP361 fully supports the IEC61000?4?2, level 4(Input pin, 1 m F mounted on board). That means, in Air condition, V in has a ±15kV ESD protected input. In Contact condition, V in has ±8kV ESD protected input.Please refer to Figure 22 to see the IEC61000?4?2electrostatic discharge waveform. Figure 22. PCB Recommendations The NCP361 integrates a 500 mA rated PMOS FET, and the PCB rules must be respected to properly evacuate the heat out of the silicon. The UDFN P AD1 must be connected to ground plane to increase the heat transfer if necessary from an application standpoint. Of course, in any case, this pad shall be not connected to any other potential. By increasing PCB area, the R q JA of the package can be decreased, allowing higher charge current to fill the battery.Taking into account that internal bondings (wires between package and silicon) can handle up to 1 A (higher than thermal capability), the following calculation shows two different example of current capability, depending on PCB area: ?With 305°C/W (without PCB area), allowing DC current is 500 mA ?With 260°C/W (200 mm 2), the charge DC current allows with a 85°C ambient temperature is:I = √(T J -T A )/(R q JA x R DSON )I = 625 mA In every case, we recommend to make thermal measurement on final application board to make sure of the final Thermal Resistance. Copper heat spreader area (mm^2) T h e t a J A (C /W ) 0%5% 10%15%20% 25%30%35%40% 45% 50%% D e l t a D F N v s T S O P ?5Figure 23. Thermal Resistance of UDFN 2x2 and TSOP Packages as a Function of PCB Area and Thickness ORDERING INFORMATION Device Marking Package Shipping ?NCP361MUTBG AD UDFN6 (Pb ? Free)3000 / T ape & Reel NCP361SNT1G ACD TSOP ?5(Pb ?Free) 3000 / T ape & Reel ?For information on tape and reel specifications, including part orientation and tape sizes, please refer to our Tape and Reel Packaging Specifications Brochure, BRD8011/D. SELECTION GUIDE The NCP361 can be available in several undervoltage and overvoltage thresholds versions. Part number is designated as follows: Code Contents a Overcurrent Threshold ?: 750 mA b Package MU: UDFN SN: TSOP ?5c UVLO Typical Threshold ?: 3.00 V d OVLO Typical Threshold ?: 5.675 V e T ape & Reel Type B: = 30001: = 3000 NOTE:Additional current limit, UVLO and OVLO can be available. Please contact your ON Semiconductor representative for availability . UDFN6 2x2, 0.65P CASE 517AB ?01 ISSUE B *For additional information on our Pb ?Free strategy and soldering details, please download the ON Semiconductor Soldering and Mounting T echniques Reference Manual, SOLDERRM/D. SOLDERING FOOTPRINT* DIMENSIONS: MILLIMETERS NOTES: 1.DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ASME Y14.5M, 1994. 2.CONTROLLING DIMENSION: MILLIMETERS. 3.COPLANARITY APPLIES TO THE EXPOSED PAD AS WELL AS THE TERMINALS. 2X DIM A MIN MAX MILLIMETERS 0.450.55A10.000.05A30.127 REF b 0.250.35D 2.00 BSC D2 1.50 1.700.80 1.00E 2.00 BSC E2e 0.65 BSC K 0.250.35 L 6X 6X 6X 0.20--- TSOP ?5CASE 483?02ISSUE G NOTES: 1.DIMENSIONING AND TOLERANCING PER ASME Y14.5M, 1994. 2.CONTROLLING DIMENSION: MILLIMETERS. 3.MAXIMUM LEAD THICKNESS INCLUDES LEAD FINISH THICKNESS. MINIMUM LEAD THICKNESS IS THE MINIMUM THICKNESS OF BASE MATERIAL. 4.DIMENSIONS A AND B DO NOT INCLUDE MOLD FLASH, PROTRUSIONS, OR GATE BURRS. 5.OPTIONAL CONSTRUCTION: AN ADDITIONAL TRIMMED LEAD IS ALLOWED IN THIS LOCATION. TRIMMED LEAD NOT TO EXTEND MORE THAN 0.2 FROM BODY . DIM MIN MAX MILLIMETERS A 3.00 BSC B 1.50 BSC C 0.90 1.10D 0.250.50G 0.95 BSC H 0.010.10J 0.100.26K 0.200.60L 1.25 1.55M 0 10 S 2.50 3.00 __ǒmm inches ǔ*For additional information on our Pb ?Free strategy and soldering details, please download the ON Semiconductor Soldering and Mounting T echniques Reference Manual, SOLDERRM/D. SOLDERING FOOTPRINT* 2X 2X DETAIL Z ON Semiconductor and are registered trademarks of Semiconductor Components Industries, LLC (SCILLC). SCILLC reserves the right to make changes without further notice to any products herein. SCILLC makes no warranty, representation or guarantee regarding the suitability of its products for any particular purpose, nor does SCILLC assume any liability arising out of the application or use of any product or circuit, and specifically disclaims any and all liability, including without limitation special, consequential or incidental damages. “Typical” parameters which may be provided in SCILLC data sheets and/or specifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including “Typicals” must be validated for each customer application by customer’s technical experts. SCILLC does not convey any license under its patent rights nor the rights of others. SCILLC products are not designed, intended, or authorized for use as components in systems intended for surgical implant into the body,or other applications intended to support or sustain life, or for any other application in which the failure of the SCILLC product could create a situation where personal injury or death may occur. Should Buyer purchase or use SCILLC products for any such unintended or unauthorized application, Buyer shall indemnify and hold SCILLC and its officers, employees,subsidiaries, affiliates, and distributors harmless against all claims, costs, damages, and expenses, and reasonable attorney fees arising out of, directly or indirectly, any claim of personal injury or death associated with such unintended or unauthorized use, even if such claim alleges that SCILLC was negligent regarding the design or manufacture of the part.SCILLC is an Equal Opportunity/Affirmative Action Employer. This literature is subject to all applicable copyright laws and is not for resale in any manner. PUBLICATION ORDERING INFORMATION 开关电源保护电路实例详细分析 输入欠压保护电路 1、输入欠压保护电路一 概述（电路类别、实现主要功能描述）： 该电路属于输入欠压电路，当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc，从而关闭输出。 电路组成（原理图）： 工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时，A点电压高于U4的Vref，U4导通，B点电压为低电平，Q4导通，Vcc供电正常；当输入电压低于保护电压时，A点电压低于U4的Vref，U4截止，B点电压为高电平，Q4截止，从而Vcc没有电压，此时Vref也为低电平，当输入电压逐渐升高时，A点电压也逐渐升高，当高于U4的Vref，模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。 电路的优缺点 该电路的优点：电路简单，保护点精确 缺点：成本较高。 应用的注意事项： 使用时注意R1，R2的取值，有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1，R2的温度系数，否则高低温时，欠压保护点相差较大。 2、输入欠压保护电路二 概述（电路类别、实现主要功能描述）： 输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时，关闭输出；当输入电压升高到设定恢复值时，输出自动恢复正常。 电路组成（原理图）： 工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时， Va大于VD4的稳压值，VT4导通，Vb为0电位，VT5截止，此时保护电路不起作用；当输入电压低于设定欠压值时，Va小于VD4的稳压值，VT4截止，Vb为高电位，VT5导通，将COMP（芯片的1脚）拉到0电位，芯片关闭输出，从而实现了欠压保护功能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通，将R21与R2并联， ；恢复时，VT6截止，， 回差电压即为(Vin’-Vin)。 电路的优缺点 优点：电路形式简单，成本较低。 缺点：因稳压管VD4批次间稳压值的差异，导致欠压保护点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。 应用的注意事项： VD4应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试 输出过压保护电路 1、输出过压保护电路一 概述（电路类别、实现主要功能描述）： 输出过压保护电路。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障（开环或其他）导致输出电压高于稳压值时，此电路会将输出电压钳位在设定值。 电路组成（原理图）： 电子技术课程设计 课程名称：过欠电压保护提示电路院系：电气与信息工程学院 专业班级：自动化09101 班 学生姓名：曾凡林 学生学号： 200916010111 指导教师：潘湘高 完成时间：2011.6.4 报告成绩： 摘要 当异动的电网电压高于或低于用电设备的正常工作电压范围时，过、欠压报警装置能自动切断用电设备的电源，从而起到保护用电设备的作用。当电网电压恢复到正常范围内后，经过过、欠压报警装置电路的延迟，将自动恢复电网电压对用电设备的供电，保证了用电设备正常安全地运行。当电网交流电压≥250V或≤180V时，经3～4秒后本装置将切断用电设备的交流供电。在电网交流电压恢复正常后，经本装置延迟3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。 ABSTRACT When the voltage changes of the electrical equipment above or below the normal operating voltage range, too, under-voltage alarm device to automatically cut the power consumption of equipment in order to play a role in the protection of electrical equipment. When the grid voltage back to the normal range after, and under-voltage alarm circuit of the delay in the resumption of the automatic voltage power supply to electrical equipment to ensure the safety of electrical equipment to run normal. When the power grid or ≥ 250V AC voltage ≤ 180V when, after 3 to 4 seconds after the device to cut off the exchange of electricity supply equipment, while using light-emitting LED warning. AC voltage in the grid back to normal after delays in the device 3 to 5 minutes after the resumption of exchange of electricity supply equipment. 开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。 时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量 几种实用的直流开关电源保护电路 1 引言 随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3].同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广泛的发展空间[4].但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。实际上，直流 开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点 为了适应用户的需求，国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是通过改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰，适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高， 3 直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况，为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，本文根据不同的情况设计了多 开关电源保护电路 为使开关电源在恶劣环境及突发故障状况下安全可靠，提出了几种实用的保护电路，并对电路的工作原理进行了详尽分析。 关键词：开关电源；保护电路；可靠性 1 引言 评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。 2 开关电源常用的几种保护电路 2.1 防浪涌软启动电路 开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，在进线电源合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流，特别是大功率开关电源，采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。上述现象均会造成开关电源无法正常工作，为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路，以保证电源正常而可靠运行。 图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间，输入电压经整流桥（D1～D4）和限流电阻R1对电容器C充电，限制浪涌电流。当电容器C充电到约80％额定电压时，逆变器正常工作。经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R1，开关电源处于正常运行状态。 图1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路 图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。电源接通瞬间，输入电压经整流（D1～D4）和限流电阻R1对滤波电容器C1充电，防止接通瞬间的浪涌电流，同时辅助电源V cc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电，当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时，K1动作，其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1，电源进入正常运行状态。限流的延迟时间取决于时间常数（R2C2），通常选取为0.3～0.5s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡，延迟电路可采用图3所示电路替代RC延迟电路。 图2 采用继电器K1和限流电阻构成的软启动电路 图3 替代RC的延迟电路 2.2 过压、欠压及过热保护电路 进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。 温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％，温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6，为了避免功率器件过热造成损坏，在开关电源中亦需要设置过热保护电路。 相关开关电源原理及电路图 2012-06-03 17:39:37 来源:21IC 关键字：开关电源电路图 什么是开关电源?所谓开关电源，故名思议，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过，那么什么是门呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、(开关管)控制极(可控硅)上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态，-0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。 图开关电源原理图1 输入欠压保护电路 输入欠压保护电路一 1、概述（电路类别、实现主要功能描述）： 该电路属于输入欠压电路，当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc，从而关闭输出。 2、电路组成（原理图）： 3、工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时，A点电压高于U4的Vref，U4导通，B点电压为低电平，Q4导通，Vcc供电正常；当输入电压低于保护电压时，A 点电压低于U4的Vref，U4截止，B点电压为高电平，Q4截止，从而Vcc没 有电压，此时Vref也为低电平，当输入电压逐渐升高时，A点电压也逐渐升高，当高于U4的Vref，模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。4、电路的优缺点 该电路的优点：电路简单，保护点精确 缺点：成本较高。 5、应用的注意事项： 使用时注意R1，R2的取值，有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1，R2的温度系数，否则高低温时，欠压保护点相差较大。输入欠压保护电路二 1、概述（电路类别、实现主要功能描述）： 输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时，关闭输出；当输入电压 升高到设定恢复值时，输出自动恢复正常。 2、电路组成（原理图）： 3、工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时， Va大于VD4的稳压值，VT4导通，Vb为0电位，VT5截止，此时保护电路不起作用；当输入电压低于设定欠压值时，Va小于VD4的稳压值，VT4截止，Vb为高电位，VT5导通，将COMP（芯片的1脚）拉到0电位，芯片关闭输出，从而实现了欠压保护功 能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通，将R21与R2并联，；恢复时，VT6截止， ，回差电压即为(Vin’-Vin)。 4、电路的优缺点 优点：电路形式简单，成本较低。 缺点：因稳压管VD4批次间稳压值的差异，导致欠压保护点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。 5、应用的注意事项： VD4应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试。 输出过压保护电路 输出过压保护电路一 1、概述（电路类别、实现主要功能描述）： 避免DC-DC电源输出端带大电容满载启动时发生过流保护的方法 引言 随着大规模集成电路的核心电压越来越低，所需供电电流却越来越大，用于大规模集成电路供电的DC-DC 开关电源也必须满足在极低输出电压下可提供高达数十安培电流的要求，这给电源设计带来了极大的挑战。实际应用中，DC-DC开关电源往往需要外接一组很大的电容以降低电源在负载变化时在输出端产生的电压跳变，在这种情况下，如果电流检测电路设计不当，在输出端外接很大电容且加满载启动时，就很容易在启动过程中引发过流保护，从而导致DC-DC电源无法正常启动。 电源输出端带大电容满载启动时可能遇到的问题 DC-DC电源在给大规模集成电路供电时，输出电压一般很低，而输出电流却很大。以输出电压为3.3V 的八分之一砖模块为例，现在主流的输出电流规格一般为30A。为了防止输出电压在负载变化时跳变过大，在应用3.3V/30A的八分之一砖模块时，其输出端一般需要外接约10000μF的电解电容。 输出电流以25%的比例变化时，输出电压变化量的计算过程如下。 输出电流的变化为30A×25%=7.5A。 输出端外接10000μF电容时，如果电源的动态恢复时间为100μS，那么在负载发生25%变化时电源输出电压的跳变约为： 对于输出电压为3.3V的开关电源，150mV大约相当于输出电压的4.55%，小于一般集成电路供电要求的±5%，可以满足系统中集成电路的需求。 然而，对于开关电源来说，当输出端的外部接10000μF电容时，在开关电源启动的过程中，输出端不得不持续为这组大电容充电，由于电容的等效阻抗很低，电源相当于被这个10000μF的电容短路，这样就造成开关电源在带大电容启动时一直处于被短路的状态。如果启动电路和过流检测电路设计不当，在这种情况下，很容易造成在带大电容启动时开关电源一直处于过流保护状态(OCP)而无法正常启动和输出额定电压，这一过程如图1所示。 开关电源始终无输出的故障检修技巧 1、开关电源始终无电压输出的原因 这种情况是由于开关电源未产生振荡所致，进一步证明的方法是；测开关电源整流滤波电容关机后的电压，若为300V之后缓慢下降，则说明开关电源确未产生振荡。开关电源未产生振荡的原因有： 1）．开关管集电极未得到足够的工作电压。 2）．开关管基极未得到启动电压。 3）．开关管正反馈电路元件失效。: 2、检修方法与步骤 1）．测开关管集电极电压为0或低于市电1．4倍，检查交流220V输入电路及整流滤波电路，若集电极电压正常，则检查开关管b极电压 2）．测开关管b极电压或者在关机瞬间，用指针万用表R x 1欧挡，黑笔接b极，红笔接整流滤波电容负极(热地)，听电源有启动声音，说明电源振荡电路正常，仅缺乏启动电压，是启动电阻开路或铜皮断。若无启动声，在测be结后，迅速将表转到电压档，测c极电压是否快速泄放。若是，说明开关管及其放电回路均正常，正反馈电路存在故障，包括反馈电阻、电容、续流二极管、正反馈绕组及其开关管故障。若c极电压仍不泄放，说明开关管及其回路有开路故障或b极有短路接地故障 二、开关电源瞬间有电压输出的故障检修技巧 1、瞬间有电压输出故障原因 开关电源在加电的初始产生了振荡，但后来由于过压过流保护引起停振，或开关机接口电路加电初为开机状态，但随着CPU清零的结束而转入待机状态。 其原因有： 1）．开关电源因故造成输出电压过高而引起保护停振。 2）．负载过流而引起过流保护动作。 3）．保护电路本身误动作。 4）．遥控系统因故障而执行待机指令。 其中2、3、4项适用于带有副电源的机器。 2．故障判断的方法与检修步骤 1）．假负载法： 脱开行负载，在B+输出端接上假负载，监测B+电压(应先将电压表接到位，开机后即关机)。如果高于正常值十几伏以上，可判断故障是由开关电源输出过压，并击穿行输出管所致，或电源本身的保护电路动作关断电源。应对控制开关电源输出电压的脉宽调制电路和振荡定时电容进行检查(后面将专门讲述)。 若开关电源B+正常，则变换负载或改变市电压观察B+是否稳定输出，对于直接取样电源可空载，以便更好地判断开关电源的稳定性能，若确认其良好，则故障系负载过流或保护电路动作所引起。 用TL494制作的ATX开关电源控制电路图 过流，过压，欠压保护详解 本开头电源控制电路采用TL494(有的电源采用KA7500B,其管脚功能与TL494相同,可互换)及LM339集成电路(以下简称494和339)?494是双排16脚集成电路,工作电压7~40V?它含有由{14}脚输出的+5V基准电源,输出电压为+5V(±0.05V),最大输出电流250mA;一个频率可调的锯齿波产生电路 ATX电源的控制电路见图1?控制电路采用TL494(有的电源采用KA7500B,其管脚功能与TL494相同,可互换)及LM339集成电路(以下简称494和339)?494是双排16脚集成电路,工作电压7~40V?它含有由{14}脚输出的+5V基准电源,输出电压为+5V(±0.05V),最大输出电流250mA;一个频率可调的锯齿波产生电路,振荡频率由{5}脚外接电容及{6}脚外接电阻来决定?{13}脚为高电平时,由{8}脚及{11}脚输出双路反相(即推挽工作方式)的脉宽调制信号?本例为此种工作方式,故将{13}脚与{14}脚相连接?比较器是一种运算放大器,符号用三角 形表示,它有一个同相输入端“+” ;一个反相输入端“-”和一个输出端? 比较器同相端电平若高于反相端电平,则输出端输出高电平;反之输出低电平?494内的比较放大器有四个,为叙述方便,在图1中用小写字母a?b?c?d来表示?其中a是死区时间比较器?因两个作逆变工作的三极管串联 后接到+310V的直流电源上,若两个三极管同时导通,就会形成对直流电源的短路?两个三极管同时导通可能发 生在一个管子从截止转为导通,而另一个管子由导通转为截止的时候?因为管子在转换时有时间的延迟,截止的管子已经转为导通了,但导通的管子尚未完全转为截止,于是两个管子都呈导通状态而形成对直流电源的短路?为防止这样的事情发生,494设置了死区时间比较器a?从图1可以看出,在比较器a的反相输入端串联了一个“电源”,正极接反相端,负极接494的{4}脚?A比较器同相端输入的锯齿波信号,只有大于“电源”电压的部分才有输出,在三极管导通变为截止与截止转为导通期间,也就是死区时间,494没有脉冲输出,避免了对直流电源的短路?死区时间还可由{4}脚外接的电平来控制,{4}脚的电平上升,死区时间变宽,494输出的脉冲就变窄了,若{4}脚的电平超过了锯齿波的峰值电压,494就进入了保护状态,{8}脚和{11}脚就不输出脉冲了?494内部还有3个二输入端与门(用1?2?3表示)?两个二输入端与非门?反相器?T触发器等电路?与门是这样一种电路,只有所有的输入端都是高电平,输出端才能输出高电平;若有一个输入端为低电平,则输出端输出低电平?反相器的作用是把 输入信号隔离放大后反相输出?与非门则相当于一个与门和一个反相器的组合?T触发器的作用是:每输入一个脉冲,输出端的电平就变化一次?如输出端Q为低电平,输入一个脉冲后,Q变为高电平,再输入一个脉冲,Q又回到低电平?比较器?与门?反相器?T触发器以及锯齿波振荡器及{8}脚?{11}脚输出的波形见图2?339是四比较器 @@@大学课程设计报告 课程名称：过/欠电压保护提示电路 系部：电力工程系 专业班级：电气工程及其自动化 学生姓名： 指导教师：张志恒 完成时间： 报告成绩： 目录 1.概述 (3) 1.1 过欠压电路课程设计背景 (3) 1.2 过欠压电路课程设计目的 (3) 1.3 设计任务与要求 (3) 2.设计内容 (4) 2.1 分模块电路设计思路 (4) 2.2 电源模块的设计 (4) 2.3 比较模块的设计 (5) 2.4 报警模块的设计 (6) 3.总电路图 (7) 3.1 图像 (7) 3.2 元件清单 (7) 3.3 部分重要原件介绍 (8) 4.仿真与调试 (12) 4.1 仿真过程中数据记录 (12) 4.2 结论 (19) 5.心得体会 (20) 1.概述 1.1 过欠压电路课程设计背景 日常生活中，我们不可避免的要用到要用到各种各样的电气设备。由于电网电压的波动，在较高的电压下很有可能使电气设备受到损坏，而在低压时电气设备不能正常工作。在这种情况下就需要有一个电压报警指示设备，使其可以及时准确地对电网电压进行分段指示并对过、欠压进行指示报警，从而实现保护电器设备的目的。 1.2 过欠压电路课程设计目的 通过设计，使同学们对模拟电子技术理论知识在生产实际中的应用有一个初步的认识。加深同学们对所学的理论知识与实际的应用的结合。通过设计，全面提高同学们、分析、判断、解决问题的能力。 1.3 设计任务与要求 (1) 设计一个过欠电压保护电路，当电网交流电压大于250V 或小于180V时，经3～4s本装置将切断用电设备的交流供电，并用LED发光警示。 (2) 在电网交流电压恢复正常后，经本装置延时3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。 2.设计内容 2.1 分模块电路设计思路 开关电源电路详解图 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、DC 输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖 常用直流开关电源的保护电路设计 概述 随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3]。同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，开关管V，激励信号，续流二极管Vp，储能电感和滤波电容C组成。实际上，直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点 为了适应用户的需求，国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是通过改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰，适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高， 3 直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况，为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，本文根据不同的情况设计了多种保护电路。 3.1过电流保护电路 开关电源保护电路实例 摘要：为使开关电源在恶劣环境及突发故障状况下安全可靠，提出了几种实用的保护电路，并对电路的工作原理进行了详尽分析。 1 引言 评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。 2 开关电源常用的几种保护电路 2.1 防浪涌软启动电路 开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路，在进线电源合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流，特别是大功率开关电源，采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。上述现象均会造成开关电源无法正常工作，为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路，以保证电源正常而可靠运行。 图1 采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路 图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间，输入电压经整流桥（D1～D4）和限流电阻R1对电容器C充电，限制浪涌电流。当电容器C充电到约80％额定电压时，逆变器正常工作。经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻R1，开关电源处于正常运行状态。 图2 采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路 图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。电源接通瞬间，输入电压经整流（D1～D4）和限流电阻R1对滤波电容器C1充电，防止接通瞬间的浪涌电流，同时辅助电源Vcc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电，当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时，K1动作，其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1，电源进入正常运行状态。限流的延迟时间取决于时间常数（R2C2），通常选取为0.3～0.5s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动。 2.2 过压、欠压及过热保护电路 进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％，温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6，为了避免功率器件过热造成损坏，在开关电源中亦需要设置过热保护电路。 开关电源常用保护电路 摘要：开关电源工作在高电压下，较大功率的开关电源同时也工作在大电流状态下，并且受到浪涌电流和高压脉冲的威胁，加之开关电源电路复杂，,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便.为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路. 2 开关电源的原理及特点 2.1 工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成.功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能.它主要由开关三极管和高频变压器组成. 图 1 画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V ,激励信号,续流二极管 Vp ,储能电感和滤波电容 C 组成.实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器. 2.2 特点 为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体( Mn-Zn )材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄.因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化. 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱.由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高, 3 直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境 找电源工作上----------------------------电源英才网 开关电源中几种过流保护方式的电路比较分析 引言 电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障时，如电子产品输入侧短路或输出侧开路时，则电源必须关闭其输出电压，才能保护功率MOSFET和输出侧设备等不被烧毁，否则可能引起电子产品的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象，因此，开关电源的过流保护功能一定要完善。 1开关电源中常用的过流保护方式 过电流保护有多种形式，如图1所示，可分为额定电流下垂型，即フ字型；恒流型；恒功率型，多数为电流下垂型。过电流的设定值通常为额定电流的110％～130％。一般为自动恢复型。 图1中①表示电流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。 图1过电流保护特性 1.1用于变压器初级直接驱动电路中的限流电路 在变压器初级直接驱动的电路（如单端正激式变换器或反激式变换器）的设计中，实现限流是比较容易的。图2是在这样的电路中实现限流的两种方法。 图2电路可用于单端正激式变换器和反激式变换器。图2（a）与图2（b）中在MOSFET的源极均串入一个限流电阻Rsc，在图2（a）中，Rsc提供一个电压降驱动晶体管S2导通，在图2（b）中跨接在Rsc上的限流电压比较器，当产生过流时，可以把驱动电流脉冲短路，起到保护作用。 图2（a）与图2（b）相比，图2（b）保护电路反应速度更快及准确。首先，它把比较放大器的限流驱动的门槛电压预置在一个比晶体管的门槛电压Vbe更精确的范围内；第二，它把所预置的门槛电压取得足够小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取样 山西大学课程设计报告 课程名称: 系部: 专业班级： 学生姓名: 指导教师: 完成时间： 报告成绩: 目录 1.概述 (3) 1.1 过欠压电路课程设计背景 (3) 1.2 过欠压电路课程设计目的 (3) 1.3设计任务与要求 (3) 2.设计内容 (4) 2.1 分模块电路设计思路··································４2.2电源模块的设计······································４ 2.3 比较模块的设计 (5) ２.4 报警模块的设计 (6) 3.总电路图··············································８ ３.１图像 (8) 3．2 元件清单 (8) 3．３部分重要原件介绍·····································８ 4.仿真与调试...........................................１１4.1仿真. (11) ４.2调试 (12) ４．3结论 (14) 5.心得体会··············································1４ 6.参考文献··············································１５ 1.概述 １.１过欠压电路课程设计背景 生活中,我们不可避免的要用到要用到各种各样的电气设备。由于电网电压的波动,在较高的电压下很有可能使电气设备受到损坏,而在低压时电气设备不能正常工作。那么，在这样的情况下就需要有一个电压报警指示设备,它可以及时准确地对电网电压进行分段指示并且对过、欠压进行指示报警，从而实现保护电器设备的目的。 1.２过欠压电路课程设计目的 1.设计一过/欠电压保护提示电路。 2.对给定的电路原理框图进行原理图设计，分单元进行设计。对电路参数进行必要的计算,选择元器件参数。 3.画出完整的电路原理图。 4.对设计的电路进行仿真验证。要求打印出仿真结果。 1．3 设计任务与要求 １.设计一个过欠电压保护电路，当电网交流电压大于250Ｖ或小于1８0Ｖ时,经３～4s本装置将切断用电设备的交流供电,并用LEＤ发光警示。 2．在电网交流电压恢复正常后,经本装置延时3~5分钟后恢复用电设 开关电源过流保护方式比较分析 引言 电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障时，如电子产品输入侧短路或输出侧开路时，则电源必须关闭其输出电压，才能保护功率MOSFET和输出侧设备等不被烧毁，否则可能引起电子产品的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象，因此，开关电源的过流保护功能一定要完善。 1 开关电源中常用的过流保护方式 过电流保护有多种形式，如图1所示，可分为额定电流下垂型，即フ字型；恒流型；恒功率型，多数为电流下垂型。过电流的设定值通常为额定电流的110％～130％。一般为自动恢复型。 图1中①表示电流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。 图1过电流保护特性 1.1 用于变压器初级直接驱动电路中的限流电路 在变压器初级直接驱动的电路（如单端正激式变换器或反激式变换器）的设计中，实现限流是比较容易的。图2是在这样的电路中实现限流的两种方法。 图2电路可用于单端正激式变换器和反激式变换器。图2（a）与图2（b）中在MOSFET 的源极均串入一个限流电阻Rsc，在图2（a）中，Rsc提供一个电压降驱动晶体管S2导通，在图2（b）中跨接在Rsc上的限流电压比较器，当产生过流时，可以把驱动电流脉冲短路，起到保护作用。 图2（a）与图2（b）相比，图2（b）保护电路反应速度更快及准确。首先，它把比较放大器的限流驱动的门槛电压预置在一个比晶体管的门槛电压Vbe更精确的范围内；第二，它把所预置的门槛电压取得足够小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取样电阻Rsc的值取得较小，这样就减小了功耗，提高了电源的效率。 开关电源常用保护电路-过热、过流、过压以及软启动保护电路 1 引言 随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源 . 同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间 . 但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便.为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路. 2 开关电源的原理及特点 2.1 工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成.功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能.它主要由开关三极管和高频变压器组成. 图 1 画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V ,激励信号,续流二极管 Vp ,储能电感和滤波电容 C 组成.实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器. 2.2 特点 为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体( Mn-Zn )材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄.因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化. 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障开关电源保护电路实例详细分析
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