開關(guān)電源原理

開關(guān)電源是一種電壓轉(zhuǎn)化電路，首要的作業(yè)內(nèi)容是升壓和降壓，廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。因?yàn)殚_關(guān)三極管總是作業(yè)在“開”與“關(guān)”的狀況，所以叫開關(guān)電源。開關(guān)電源實(shí)質(zhì)就是一個振蕩電路，這種轉(zhuǎn)化電能的方法，不只運(yùn)用在電源電路，在其它的電路運(yùn)用也很廣泛，如液晶顯示器的背光電路、日光燈等。開關(guān)電源與變壓器比較具有用率高、穩(wěn)性好、體積小等長處，缺陷是功率相對較小，而且會對電路發(fā)生高頻攪擾,變壓器反應(yīng)式振蕩電路，能發(fā)生有規(guī)則的脈沖電流或電壓的電路叫振蕩電路，變壓器反應(yīng)式振蕩電路就是能滿足這種條件的電路。

1防浪涌軟啟動電路

開關(guān)電源的輸入電路大都選用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，因?yàn)殡娙萜魃系某跏茧妷簽榱?，電容器充電瞬間會構(gòu)成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，選用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過流損壞;輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘。這種現(xiàn)象均會構(gòu)成開關(guān)電源無法正常作業(yè)，為此簡直所有的開關(guān)電源都設(shè)置了避免流涌電流的軟啟動電路，以確保電源正常而牢靠作業(yè)。

2過壓、欠壓及過熱維護(hù)電路

進(jìn)線電源過壓及欠壓對開關(guān)電源構(gòu)成的危害，首要表現(xiàn)在器件因接受的電壓及電流應(yīng)力超出正常運(yùn)用的規(guī)模而損壞，一原因電氣性能指標(biāo)被損壞而不能滿足要求。因此對輸入電源的上限和下限要有所限制，為此選用過壓、欠壓維護(hù)以進(jìn)步電源的牢靠性和安全性。溫度是影響電源設(shè)備牢靠性的最重要因素。根據(jù)有關(guān)材料剖析標(biāo)明，電子元器件溫度每升高2℃，牢靠性下降10%，溫升50℃時的作業(yè)壽數(shù)只要溫升25℃時的1/6，為了避免功率器件過熱構(gòu)成損壞，在開關(guān)電源中亦需要設(shè)置過熱維護(hù)電路。

3缺相維護(hù)電路

因?yàn)殡娋W(wǎng)本身原因或電源輸入接線不牢靠，開關(guān)電源有時會出現(xiàn)缺相作業(yè)的狀況，且掉相作業(yè)不易被及時發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處于缺相作業(yè)時，整流橋某一臂無電流，而其它臂會嚴(yán)峻過流構(gòu)成損壞，一同使逆變器作業(yè)出現(xiàn)反常，因此有必要對缺相進(jìn)行維護(hù)。檢測電網(wǎng)缺相一般選用電流互感器或電子缺相檢測電路。因?yàn)殡娏骰ジ衅鳈z測成本高、體積大，故開關(guān)電源中一般選用電子缺相維護(hù)電路。三相平衡時，R1～R3結(jié)點(diǎn)H電位很低，光耦合輸出近似為零電平。當(dāng)缺相時，H點(diǎn)電位抬高，光耦輸出高電平，經(jīng)比較器進(jìn)行比較，輸出低電平，封閉驅(qū)動信號。比較器的基準(zhǔn)可調(diào)，以便調(diào)度缺相動作閾值。該缺相維護(hù)適用于三相四線制，而不適用于三相三線制。電路稍加改變，亦可用高電平封閉PWM信號。

4短路防護(hù)

開關(guān)電源同其它電子裝置一樣，短路是最嚴(yán)峻的缺陷，短路維護(hù)是否牢靠，是影響開關(guān)電源牢靠性的重要因素。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)兼有場效應(yīng)晶體管輸入阻抗高、驅(qū)動功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓下降的特征，是現(xiàn)在中、大功率開關(guān)電源最廣泛運(yùn)用的電力電子開關(guān)器件。IGBT能夠接受的短路時刻取決于它的豐滿壓降和短路電流的大小，一般僅為幾μs至幾十μs。短路電流過大不只使短路接受時刻縮短，而且使關(guān)斷時電流下降率di/dt過大，因?yàn)槁└屑耙€電感的存在，導(dǎo)致IGBT集電極過電壓，該過電壓可在器件內(nèi)部發(fā)生擎住效應(yīng)使IGBT承認(rèn)失效，一同高的過電壓會使IGBT擊穿。因此，當(dāng)出現(xiàn)短路過流時，有必要采用有用的維護(hù)方法。為了完成IGBT的短路維護(hù)，則有必要進(jìn)行過流檢測。適用IGBT過流檢測的方法，一般是選用霍爾電流傳感器直接檢測IGBT的電流Ic，然后與設(shè)定的閾值比較，用比較器的輸出去操控驅(qū)動信號的關(guān)斷;或者選用直接電壓法，檢測過流時IGBT的電壓降Vce，因?yàn)楣軌航岛卸搪冯娏餍畔ⅲ^流時Vce增大，且基本上為線性關(guān)系，檢測過流時的Vce并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，比較器的輸出操控驅(qū)動電路的關(guān)斷。在短路電流出現(xiàn)時，為了避免關(guān)斷電流的di/dt過大構(gòu)成過電壓，導(dǎo)致IGBT承認(rèn)無效和損壞，以及為了下降電磁攪擾，一般選用軟降柵壓和軟關(guān)斷歸納維護(hù)技能。在檢測到過流信號后首先是進(jìn)入降柵維護(hù)程序，以下降缺陷電流的幅值，延伸IGBT的短路接受時刻。在降柵動作后，設(shè)定一個固定推延時刻用以判別缺陷電流的真實(shí)性，如在推延時刻內(nèi)缺陷消失則柵壓自動康復(fù)，如缺陷依然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序，使柵壓降至0V以下，關(guān)斷IGBT的驅(qū)動信號。因?yàn)樵诮祲撼绦螂A段集電極電流已減小，故軟關(guān)斷時不會出現(xiàn)過大的短路電流下降率和過高的過電壓。選用軟降柵壓及軟關(guān)斷柵極驅(qū)動維護(hù)，使缺陷電流的幅值和下降率都能受到限制，過電壓下降，IGBT的電流、電壓作業(yè)軌道能確保在安全區(qū)內(nèi)。在規(guī)劃降柵壓維護(hù)電路時，要正確選擇降柵壓高低和速度，假定降柵壓高低大(比方7.5V)，降柵壓速度不要太快，一般可選用2μs下降時刻的軟降柵壓，因?yàn)榻禆艍焊叩痛螅姌O電流現(xiàn)已較小，在缺陷狀況封閉柵極可快些，不必選用軟關(guān)斷;假定降柵壓高低較小(比方5V以下)，降柵速度可快些，而封閉柵壓的速度有必要慢，即選用軟關(guān)斷，以避免過電壓發(fā)生。