專注解決直流電（diàn）源方（fāng）案

　　直流開關穩壓器中所使用的大功率開關器件價格（gé）較貴,其控（kòng）製電路亦比較（jiào）複雜,另外,開關（guān）穩（wěn）壓器的負載一般都是用大量的集（jí）成（chéng）化程度很高的器件安裝的（de）電子係統。晶體管和集成（chéng）器件耐受電、熱衝擊的能力較差。因而開關穩壓（yā）器的保（bǎo）護應該兼顧穩壓器本身和負載的安全。保護電路的種類很多（duō）,這裏介紹（shào）極性保護、程序保護（hù）、過電流保護、過電壓保護、欠電壓保（bǎo）護以（yǐ）及過熱保護等（děng）電路。通常選用幾種保護方式加以組合,構成完（wán）善（shàn）的保護係統。

　　一、極性保護

　　直（zhí）流開關穩壓器的輸入一般都是（shì）未穩壓（yā）直流電源。由於操作失（shī）誤或（huò）者意外情況會將其極性接錯,將損壞開關穩壓電源。極性保護的目的,就是使開關穩壓（yā）器僅當以正確的極性接（jiē）上（shàng）未穩（wěn）壓直流電源時（shí）才能工作。利用單向導通的器件可以實（shí）現電源的極性保護。由於二極管D要流過開關穩壓器的（de）輸入總電（diàn）流,因此這種電路應用在小功率的開關穩壓（yā）器（qì）上比較合適。在較（jiào）大功率的場合,則把極性保護電路作為程（chéng）序保護中的一個環節,可以省去極性保護所需的大功率二極管,功耗也將減小。為了操作方便,便於識（shí）別極性正確與否,在圖1中的二（èr）極管之後,接指（zhǐ）示燈。

　　二、程序保護

　　開關穩壓電（diàn）源（yuán）的電路比較複雜,基本上可以分為小功率的控製部分（fèn）和大功率的開關部分。開關晶體管則屬大功率（lǜ），為保護開關晶體管在開啟或關斷電（diàn）源時的安全（quán）,必須先讓調製器、放（fàng）大器等小功率的控製電路工作。為（wéi）此,要保證正確的開機程序。開關穩（wěn）壓器的輸（shū）入端一般接有小電感、大電容的輸入濾波器。在開機瞬間,濾波電容器（qì）會流過很大的（de）浪湧電流,這個浪湧電流可以為正（zhèng）常輸入電流的數倍。這樣大的浪湧電流會使普通電源開關的觸點或（huò）繼（jì）電器的觸點熔化,並使輸入保險絲熔斷。另外,浪湧電流也會損害電容（róng）器,使（shǐ）之壽命縮（suō）短,過早損壞。為此,開機時應該接入一個限（xiàn）流電阻（zǔ）,通過這個限流電（diàn）阻來對電容器充電。為了（le）不使該限流電阻消耗過多（duō）的（de）功率，以致影響開關穩（wěn）壓器的正（zhèng）常工作,而在開機暫態過程結束後，用一個繼（jì）電器自動短接它,使直流電源直接對開關穩壓器供電，如圖（tú）2所示。這種電路稱之謂開關穩壓器的“軟啟動”電路。

　　開關穩壓器的控製電路中的邏（luó）輯組件或者運算放大器需用輔助電源供電（diàn）。為此,輔助電源必須先（xiān）於開關電路工作。這可用開機程序控製電路來保證。一般的開機程序是:輸入電源的極性鑒（jiàn）別,電壓保（bǎo）護→開機程序電路工作→輔助（zhù）電源工作並通過限流電阻R對開關穩（wěn）壓器的輸入電容器C充電→開關穩壓器的調製電（diàn）路工作，短路限流電（diàn）阻→開（kāi）關穩壓器穩定工作。

　　在開關穩壓器中,剛開機時,因（yīn）為其輸出電容容量大,充到額定輸出電（diàn）壓（yā）值需要一定時間（jiān）。在（zài）這段時間（jiān）內,取樣放大器輸入低（dī）的輸出電壓采樣,根據係統閉環調（diào）節（jiē）特性將迫使開關三極管的導通（tōng）時間加長（zhǎng）,這樣一（yī）來,開（kāi）關三極（jí）管就（jiù）會在這段期（qī）間內趨於連續導通,而容易損壞。為（wéi）此,要求在（zài）開機這一段時間內,開關（guān）調製電路輸出給開關三極管基極的脈寬調製驅動信號，能保證開關（guān）三極管由（yóu）截止逐漸趨於正常的開關狀（zhuàng）態（tài），故而要加設開機保護以（yǐ）配合軟啟動。

　　三、過電流保護

　　當出現負載短路、過載或者控製電（diàn）路失效等意外情況時,會引起流過穩壓器中開關（guān）三極管的電（diàn）流過大，使管子功耗增大,發熱,若沒（méi）有過流保護裝置,大（dà）功率開關三極管（guǎn）就（jiù）有（yǒu）可（kě）能損壞。故而在開關穩壓器中過電流保護是常用的。最經濟（jì）簡便的方法是用保險絲。由於晶體管（guǎn）的熱容量小,普通保險絲一般不能起（qǐ）到（dào）保（bǎo）護作用,常用的是快速熔（róng）斷保（bǎo）險絲。這種（zhǒng）方法具有保護容易的優點，但是,需要根據具體開關三極管的安全工（gōng）作區要求來選擇保險絲的規（guī）格。這種過流保護措施的缺點是帶來經常更換保險絲的不（bú）便。

　　在線性穩壓器中常用的限流保護和電流（liú）截（jié）止保護在開關穩壓器中均能應用。但是,根據開關穩壓（yā）器的特點,這種保護電路的輸出不（bú）能直接控製開關三極管,而必須使過電流保護的輸出轉（zhuǎn）換為脈衝指令,去控製調製器以保護開關三極管。為了實現過電流保護（hù）一般均需要（yào）用取樣電（diàn）阻（zǔ）串聯在電路中,這會（huì）影響電源的效率（lǜ）,因此多用於小功率開關穩壓器的場（chǎng）合。而在大功（gōng）率的開關穩壓電源中,考慮（lǜ）到（dào）功耗，應盡量（liàng）避免取樣電阻的接（jiē）入。因此,通常將過電流（liú）保護轉換為過、欠電壓保護。

　　四、過電壓保護

　　開關穩壓器的過電壓保護包括輸入過電壓保護和輸（shū）出過（guò）電壓保護（hù）。開關穩壓器所使用的未穩壓直流電源諸如蓄電池和整流（liú）器的電壓如果過高,使開關穩壓器不能正常工作,甚至損壞內部器件,因此,有（yǒu）必（bì）要使用輸入過電壓保護（hù）電路。用晶體管（guǎn）和繼電器所組成的保護電路如圖3所示。

　　在該電路中，當輸（shū）入（rù）直流電源的電（diàn）壓高於穩壓二極管的擊穿電壓值時，穩壓管擊穿，有電流流過電阻R，使晶體管V導通，繼電器動作，常閉接點斷（duàn）開，切斷輸入。其中穩壓管的穩壓值Vz=ESrmax－UBE。輸（shū）入（rù）電源（yuán）的（de）極性保（bǎo）護電路可以跟輸入過電壓保護結合在一起,構成極性保（bǎo）護鑒（jiàn）別與過電壓保護電路。

　　輸（shū）出過電壓保護在開（kāi）關穩壓電源中是至（zhì）關重要的。特別對輸出為5V的（de）開（kāi）關穩壓器來說,它的負載是大量的高集成度的邏輯器件。如果在工（gōng）作時,開關穩（wěn）壓器的開（kāi）關三極管突然損（sǔn）壞,輸出（chū）電位就可能立即升（shēng）高到（dào）輸（shū）入未穩（wěn）壓直流電源的（de）電壓值,瞬時造成很大的損失。常用的方法是晶閘管短路保護。最簡單的過電壓保護電路如圖4所示。

　　當輸（shū）出電壓過高（gāo）時,穩壓管被（bèi）擊穿,觸（chù）發晶閘管導（dǎo）通,把（bǎ）輸出端短（duǎn）路,造成（chéng）過（guò）電流,通過保險絲或電路保（bǎo）護器將輸（shū）入切斷,保護了負載。這種電路的響應時間相當於晶閘管的（de）開通時間，約為5～10μs。它的缺點是（shì）動作電壓是固定的，溫度係數大，動作點不穩定。另外，穩（wěn）壓管（guǎn）存在著參（cān）數的離散性，型號相同但過電壓起動值卻各不相（xiàng）同，給調試帶來了困難。圖5是（shì）改進後的電路。其中R1、R2是取樣電（diàn）路，Vz是（shì）基準電壓（yā）。

　　輸出電壓Esc突然升高，晶體管V1、V2導通，晶閘管（guǎn）就導通。基準電壓Vz由式

　　來確定，UBE1為V1的發射結（BE）電壓降。本電路的動作電壓可變，並且動（dòng）作點相當穩定。當穩（wěn）壓（yā）管為7V時，其溫度係數和（hé）晶體管V1的發射結（BE）電（diàn）壓的（de）溫度係數可以抵消，能使溫度係數降得很低。但是對（duì）於輸出為5～5.5V的（de）直流開關穩壓（yā）器（qì）來說，其（qí）常用的動作電壓是5.5～6V。那麽穩壓管電壓（yā）必在3.5V以下，此電壓附（fù）近（jìn）的穩（wěn）壓管的溫度變化係數是－20～－30mV/℃。因此,溫度變化大的（de）場（chǎng）合保護電路還會發生誤動作。采用集成電路電壓比（bǐ）較器來檢測開關穩壓器的輸出電壓，是目前較為常用的方法，利用比較器的輸出狀態（tài）的改變跟相應（yīng）的邏（luó）輯電路配合，構成過電壓保護（hù）電路，這種電（diàn）路既靈敏（mǐn）又穩定。

　　五、欠電壓保護

　　輸出電壓低於規定值時，反映了輸入直流電源、開關穩壓器內部或者輸出負載發生了異常。輸入直（zhí）流電源電壓下降到規定值之下時，會導致開關穩（wěn）壓器的輸出電壓跌落，輸入電流（liú）增大，既危及開關三極管，也危及輸入電源。因此，要設欠電壓保護。簡單（dān）的欠電壓保護如（rú）圖6所示。

　　當未穩壓輸入的電壓值（zhí）正（zhèng）常時，穩壓管ZD擊穿，晶體管V導通，繼電器動作，觸點吸合，開關穩壓器（qì）加電。當輸入低於所允許的最低電壓值時，穩壓（yā）管ZD不（bú）通，V截止（zhǐ），觸點跳開，開（kāi）關（guān）穩壓（yā）器不能工作。

　　開關穩壓器內部，由於控製（zhì）電路失常或者開關三極（jí）管失效會使輸出（chū）電壓下降；負載發生短路也會使輸出電（diàn）壓下降。特別在升壓型或反相升壓型的直流開關（guān）穩壓器中（zhōng）欠電壓的保護是跟過電流保護緊密相關的，因而更加重要（yào）。實現（xiàn）方法是（shì）在（zài）開關穩壓（yā）器的輸出端接（jiē）電壓比較器，如圖7所示。

　　正常時，比較器沒有輸出，一旦電壓跌落在允（yǔn）許值之下比較器就翻轉，驅動告警電路;同時反（fǎn）饋到開關穩壓器（qì）的控製電路，使（shǐ）開關三極管（guǎn）截止或（huò）切斷輸入（rù）電（diàn）源。

　　六、過熱保護

　　開（kāi）關穩壓器的高集成化和輕量小體積，使（shǐ）其單位體積內的（de）功率密度大大提（tí）高，電源裝置內部的元器（qì）件（jiàn）對其（qí）工作環境溫（wēn）度的要求也相應提高。否則，會使電路性能變壞，元器件過早失效。因此在大功率開關穩（wěn）壓器中應該設過熱（rè）保（bǎo）護。

　　采用溫度繼電器來檢測電源裝置（zhì）內部的（de）溫度，當電源裝置內部產生過熱（rè）時，溫度繼電器就動作，使整機告警電（diàn）路處於告警狀態，實現對電源的過熱保護。亦可將溫度繼電器置於開關（guān）三極管的（de）附近，一般大功率管允許的最高管殼溫（wēn）度是75℃，調節溫度整（zhěng）定值（zhí）為60℃。當管殼溫度超過允許值（zhí）後繼電器就切斷（duàn）電器，對開（kāi）關管進行保（bǎo）護。