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1、开关电源中几种过流保护方式的比较（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）开关电源中几种过流保护方式的比较 摘要：在输出短路或过载时对电源或负载进行的保护，即为过电流保护，简称过流保护。介绍了过流保护的几种型式，如字型、恒流型、恒功率型等，并进行了比较。 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
2、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110130。一般为自动恢复型。图1中表示电流下垂型，表示恒流型，表示恒功率型。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
3、，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100mV200mV，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。当AC输入电压在90264V范围内变化，且输出同等功率时，则变压器初级的尖峰电流相差很大，导致高、低端过流保护点严重漂移，不利于过流点的一致性。在电路
4、中增加一个取自VH的上拉电阻R1，其目的是使S2的基极或限流比较器的同相端有一个预值，以达到高低端的过流保护点尽量一致。1.2 用于基极驱动电路的限流电路在一般情况下，都是利用基极驱动电路把电源的控制电路和开关晶体管隔离开来。变换器的输出部分和控制电路共地。限流电路可以直接和输出电路相接，其电路如图3所示。在图3中，控制电路与输出电路共地。工作原理如下：电路正常工作时，负载电流IL流过电阻Rsc产生的压降不足以使S1导通，由于S1在截止时IC1=0，电容器C1处于未充电状态，因此晶体管S2也截止。如果负载侧电流增加，使IL达到一个设定的值，使得ILRsc=Vbe1Ib1R1，则S1导通，使电容
5、器C1充电，其充电时间常数=R2C1，C1上充满电荷后的电压是VC1=Ib2R4Vbe2。在电路检测到有过流发生时，为使电容器C1能够快速放电，应当选择R4R3。R2的选用原则为Ib1max=（VinVbe1)/R1，IC1=Ib1max，则R2（VinVcesat1）R1/（V1Vbe1）。如果参数设计正确，由VC1所产生的偏压足以使S2快速进入导通状态，通过S2的集电极输出可以进一步关闭PWM的驱动信号。当过载现象解除后，电路可以自动恢复到正常工作状态。 1.3 无功率损耗的限流电路上述两种过流保护比较有效，但是Rsc的存在降低了电源的效率，尤其是在大电流输出的情况下，Rsc上的功耗就会明
6、显增加。图4电路利用电流互感器作为检测元件，就为电源效率的提高创造了一定的条件。图4电路工作原理如下：利用电流互感器T2监视负载电流IL，IL在通过互感器初级时，把电流的变化耦合到次级，在电阻R1上产生压降。二极管D3对脉冲电流进行整流，经整流后由电阻R2和电容C1进行平滑滤波。当发生过载现象时，电容器C1两端电压迅速增加，使齐纳管D4导通，驱动晶体管S1导通，S1集电极的信号可以用来作为电源变换器调节电路的驱动信号。电流互感器可以用铁氧体磁芯或MPP环型磁芯来绕制，但要经过反复实验，以确保磁芯不饱和。理想的电流互感器应该达到匝数比是电流比。通常互感器的Np=1，Ns=NpIpR1/(VsVD
7、3)。具体绕制数据最后还要经过实验调整，使其性能达到最佳状态。1.4 用555做限流电路图5为555集成时基电路的基本框图。555集成时基电路是一种新颖的、多用途的模拟集成电路，有LM555，RCA555，5G1555等，其基本性能都是相同的，用它组成的延时电路、单稳态振荡器、多谐振荡器及各种脉冲调制电路，用途十分广泛，也可用于直接变换器的控制电路。 555时基电路由分压器R1、R2、R3，两个比较器，RS触发器以及两个晶体管等组成，电路在518V范围内均能工作。分压器提供偏压给比较器1的反相输入端，电压为2Vcc/3，提供给比较器2的同相输入端电压为Vcc/3，比较器的另两个输入端脚2、脚6
8、分别为触发和门限，比较器输出控制RS触发器，触发器输出供给输出级以及晶体管V1的基极。当触发器输出置高时，V1导通，接通脚7的放电电路；当触发器输出为低时，V1截止，输出级提供一个低的输出阻抗，并且将触发器输出脉冲反相。当触发器输出置高时，脚3输出的电压为低电平，触发器输出为低时，脚3输出的电压为高电平。输出级能够提供的最大电流为200mA，晶体管V2是PNP管，它的发射极接内部基准电压Vr，Vr的取值总是小于电源电压Vcc，因此，若将V2的基极（脚4复位）接到Vcc上，V2的基射极为反偏，晶体管V2截止。 图6为用555做限流保护的电路，其工作原理如下：UC384X与S1及T1组成一个基本的
9、PWM变换器电路。UC384X系列控制IC有两个闭环控制回路，一个是输出电压Vo反馈至误差放大器，用于同基准电压Vref比较之后产生误差电压（为了防止误差放大器的自激现象产生，直接把脚2对地短接）；另一个是变压器初级电感中的电流在T2次级检测到的电流值在R8及C7上的电压，与误差电压进行比较后产生调制脉冲的脉冲信号。当然，这些均在时钟所设定的固定频率下工作。UC384X具有良好的线性调整率，能达到0.01/V；可明显地改善负载调整率；使误差放大器的外电路补偿网络得到简化，稳定度提高并改善了频响，具有更大的增益带宽乘积。UC384X有两种关闭技术；一是将脚3电压升高超过1V，引起过流保护开关关闭
10、电路输出；二是将脚1电压降到1V以下，使PWM比较器输出高电平，PWM锁存器复位，关闭输出，直到下一个时钟脉冲的到来，将PWM锁存器置位，电路才能重新启动。电流互感器T2监视着T1的尖峰电流值，当发生过载时，T1的尖峰电流迅速上升，使T2的次级电流上升，经D1整流，R9及C7平滑滤波，送到IC1的脚3，使IC1的脚1电平下降（注意：接IC1脚1的R3，C4必须接成开环模式，如接成闭环模式则过流时555的脚7放电端无法放电）。IC1的脚1与IC2的脚6相连接，使IC2的比较器1同相输入端的电压降低，触发器Q输出高电平，V1导通，IC2的脚7放电，使IC1的脚1电平被拉低于1V，则IC1输出关闭，
11、S1因无栅极驱动信号而关闭，使电路得到保护。若过流不消除，则重复上述过程，IC1重新进入启动、关闭、再启动、再关闭的循环状态，即“打嗝”现象。而且，过负载期间，重复进行着启振与停振，但停振时间长，启振时间短，因此电源不会过热，这种过负载保护称为周期保护方式（当输入端输入电压变化范围较大时，仍可使高、低端的过流保护点基本相同）。其振荡周期由555单稳多谐振荡器的RC时间常数决定，本例中=R1C1，直到过载现象消失，电路才可恢复正常工作。电流互感器T2的选择同1.3的互感器计算方法。 图6电路，可以用在单端反激式或单端正激式变换器中，也可用在半桥式、全桥式或推挽式电路中，只要IC1有反馈控制端及基
12、准电压端即可，当发生过流现象时，用555电路的单稳态特性使电路工作在“打嗝”状态下。1.5 几种过流保护方式的比较几种过流保护方式的比较如表1所列。表1 几种过流保护方式的比较电路模式 所用元器件 调试难易程度 保护性能 功耗 对效率的影响 电阻初级限流电路 少 易 差 大 较大 基极驱动限流电路 较少 较易 较差 较大 大 无功耗限流电路 较多 较易 较好 较小 较小 用555作限流电路 多 易 好 小 小 2 结语作者经过长期的研发与生产，比较了开关电源中所使用的各种过流保护方法，可以说，几乎没有一种过流保护方式是万能的，只有用555的保护方式性能价格比是较好的。一般来说，选择何种过流保护
13、方式，都要结合具体的电路变换模式而做出相应的选择。只有经过认真的分析，大量的实验才能找到最适合的过流保护方式。保护方式设计的合理、有效，意味着产品的可靠性才可能更高平面变压器在开关电源中的技术分析 平面变压器在开关电源中的技术分析高功率密度是当今开关电源发展的主要趋势，要做到这一点，必须提高磁元件的功率密度平面变压器因为特殊的平面结构和绕组的紧密耦合，使得高频寄生参数大大降低，极大地改进了开关电源的工作状态，因此近年来得到了广泛的使用研究了几种不同的平面结构和绕组制作的方式,介绍了设计平面变压器的一个标准方法，从而使得设计过程变得更加简单，大大降低了设计成本。最后，比较了平面变压器和传统变压器
14、的一些参数，并给出了设计方针.关键词：平面变压器；漏感；插入技术0 引言 磁性元件的设计是开关电源的重要部分，因为平面变压器在提高开关电源的特性方面有着很大的优势，因此近年来得到了广泛的应用。对于一个理想的变压器来说，初级线圈所产生的磁通都穿过次级线圈，即没有漏磁通。而对普通变压器来说，初级线圈所产生的磁通并非都穿过次级线圈，于是就产生了漏感，电磁耦合的紧密要求也无法满足。而平面变压器只有一匝网状次级绕组，这一匝绕组也不同于传统的漆包线，而是一片铜皮，贴绕在多个同样大小的冲压铁氧体磁芯表面上。所以，平面变压器的输出电压取决于磁芯的个数，而且平面变压器的输出电流可以通过并联进行扩充，以满足设计的
15、要求。因此，平面变压器的特点就显而易见了：平面绕组的紧密耦合使得漏感大大地减小；平面变压器特殊的结构使得它的高度非常的低，这使变换器做在一个板上的设想得到实现。但是，平面结构存在很高的容性效应等问题，大大限制了它的大规模使用，不过，这些缺点在某些应用中，也有可能转换为一种优点。另外，平面的磁芯结构增大了散热面积，有利于变压器散热。1 平面变压器的特性研究 如前所述，平面变压器的优点主要集中在较低的漏感值和交流阻抗。绕组问的间隙越大意味着漏感越大，也就产生更高的能量损失。平面变压器利用铜箔与电路板间的紧密结合，使得在相邻的匝数层间的间隙非常的小，因此能量损耗也就很小了。 在平面型变压器里，其“绕
16、组”是做在印制电路板上的扁平传导导线或是直接用铜泊。扁平的几何形状降低了开关频率较高时趋肤效应的损耗，也就是涡流损耗。因此，能最有效地利用铜导体的表面导电性能，效率要比传统变压器高得多。图1给出了一个平面变压器的剖面图，并且利用两层绕组间距离的不同，而获得在不同间隙下的漏感和交流阻抗值。 图2与图3给出了在不同的间隙下漏感和交流阻抗的变化，可以明显地看出间隙越大，漏感越大，交流阻抗越小。在间隙增加1mm的状况下漏感值增加了5倍之多。因此，在满足电气绝缘的情况下，应该选用最薄的绝缘体来获得最小的漏感值。 然而，容性效应在平面变压器中是非常重要的，在印制电路板上紧密绕制的导线使得容性效应非常的明显
17、。而且绝缘材料的选取对容性值也有着非常大的影响，绝缘材料的介电常数越高，变压器的容性值越高。而容性效应会引起EMI，因为从初级到次级的绕组中只有容性回路的绕组传播这种干扰。为了验证，笔者做了一个试验，在铜导线的间隙增加O2mm的情况下，而电容值就减少了20。因此，如果需要一个比较低的电容值，则必须在漏感和电容值之间做出一个折中的选择。2 插入技术 插入技术是指在布置变压器原、副边绕组时，使原边绕组与副边绕组交替放置，增加原、副边绕组的耦合以减小漏感，同时使得电流平均分布，减小变压器损耗。 现在插入技术的研究被分为两个方面，即应用于变压器的插入(正激电路)和应用于连接电感器的插入(反激电路)。因
18、此，插入技术现在已经被放在不同的拓扑中作为不同的磁性部件来研究。2.1 应用于平面变压器的插入技术 应用于变压器中的插入技术的主要优点如下： 1)使变压器中磁性能量储存的空间减少，导致漏感的减少； 2)使电流传输过程中在导体上理想分布，导致交流阻抗的减少； 3)绕组间更好的耦合作用，导致更低的漏感。 为了说明插入技术的特征，图4给出了应用3种不同插入技术的结构，P代表初级绕组，s代表次级绕组。试验显示SPSP结构是最好的，因为初级和次级的绕组都是间隔插人的。图5显示了在500 kHz时，3种结构的交流阻抗和漏感值，通过比较可以很容易地发现应用了插入技术的变压器，交流阻抗和漏感值都有了很大的减少
19、。22 多绕组变压器中平面结构的优势 平面变压器另一个重要的优点是高度很低，这使得在磁芯上可以设置比较多的匝数。一个高功率密度的变换器需要一个体积比较小的磁性元件，平面变压器很好地满足了这一要求。例如，在多绕组的变压器中需要非常多的匝数，如果是普通的变压器将会造成体积和高度过大，影响电源的整体设计，而平面变压器则不存在这一问题。 另外，对于多绕组的变压器来说，绕组间保持很好的耦合非常重要。如果耦合不理想则漏感值增大，将会使得次级电压的误差增大。而平面变压器因为具有很好的耦合，使得它成为最佳的选择。23 在不同拓扑中平面变压器的作用 在不同的拓扑中，磁性元件的作用也是不同的。在正激变换器中的变压
20、器，磁性能量在主开关管开通的时候由初级绕组传递到次级绕组中。然而，在反激变换器中的“变压器”并不完全是一个变压器，而是两个连接的电感器。在反激拓扑中的“变压器”在主开关管开通的时候初级绕组储存能量，而在关闭的时候将能量传送到次级绕组。因此，这种插入技术的优点同上面相比是不同的。应用于这种变压器的插入技术的特点如下： 1)在磁芯中储存的能量没有减少，因为电流在某时刻只能在一个绕组中流动，并且没有电流补偿； 2)电流的分布并不理想，原因同上，因此交流阻抗也没有减小； 3)插入使得绕组间产生较好的耦合，因此有比较小的漏感值。3 平面变压器的标准化设计 平面变压器的优点如上所述，同样它也有缺点，其最主
21、要的缺点就是设计的过程非常复杂，而且设计成本也非常高。 下面介绍一种标准的设计平面变压器的程序步骤3;它通过提供一个标准的匝数模型的设计，使之能够被使用于不同的平面变压器中，从而使得设计过程大大简化，费用大大降低。 在双面PCB板的每一层都是由一到多匝的绕组组成的，而且所有的层都保持着一样的物理特性：即相同的形状和相同的外部连接点。在有些多匝的层次中，这个外部连接点是不同匝数间的电气连接点。如果有些层只有一匝，它也可以被印制在PCB的双面来降低交流阻抗。使用铜箔直接印制在PCB板上来替代传统的导线，即使在许多需要很多匝数的开关电源中，变压器依旧能保持一个很小的体积，这便大大减小了整机的体积。具
22、体的设计步奏和注意事项请参阅文献3。图6显示了一个顶层的标准匝数设计的例子，它使用的是罐形(RM)磁芯。 铜箔高度按照对应于最大开关频率时的趋肤深度选取，这样可以使铜箔的所有部分都成为电流通路，大大减少集肤效应的影响。因此，应该使每一种开关频率对应于不同的铜箔高度。4 实验论证 为了比较平面变压器和传统变压器，分别做了两种变压器的模型，一种使用平面结构并使用了插入技术，另一种使用铜线分别在初级和次级绕制而成。两种变压器都被运用于一个互补控制的半桥变换器中。两个变压器的参数如下： 初级 12匝： 次级两个l匝的绕组(1：1中心抽头)。 传统变压器使用漆包线作为绕组，虽然在这些线圈中电流密度不尽相
23、同，选择电流密度小于7.5Amm。 平面变压器初级绕组做成4层，有4个并列的次级。这个变压器的最终结构如图7所示。 两种变压器都使用了同样的磁芯RM10，比较了两种变压器的漏感，交流阻抗和占用的面积，结果列于表1。 由表1可知，平面变压器的漏感仅为传统变压器的15，交流阻抗也仅为l3，由此可见这将大大提高变换器的工作特性。而且，由于结构的更加紧凑，使得可以使用更小的RM8磁芯。5 结语 平面变压器在减小漏感、交流阻抗等方面有着非常大的优点，并且因为体积的小巧使之成为一种非常好的磁性元件。给出了一种标准的设计平面变压器的方法，使得设计平面变压器变得更加容易，成本也将大大降低。可以预见，平面变压器
24、将有着相当好的应用前景。2021年7月25日第26卷第4期Telecom Power Technology J ul. 25, 2021, Vol. 26No. 4 收稿日期:2021204222作者简介:刘雪山(19812 , 男, 吉林松原人, 西南交通大学电气工程学院硕士研究生, 研究方向为开关电源技术及应用。杨静(19832 , 女, 重庆南川人, 西南交通大学电气工程学院硕士研究生, 研究方向为开关电源技术及其品质保证技术。文章编号:100923664(2021 0420045204设计应用开关电源的过载保护电路设计刘雪山1, 杨静1, 张鸿儒2(1. 西南交通大学电气工程学院, 四
25、川成都610031; 2. 西南交通大学信息科学与技术学院, 四川成都610031 摘要:基于UC 3842的反激式开关电源, 文中从原理和实验两方面分析了恒功率控制和恒电流控制的过载保护电路, 阐述了各自的特点, 并提出了一种适用于短暂过载场合的延时锁定关断过载保护电路, 实验证明此电路工作于保护模式时开关元件无开关应力, 为高峰值负载电源过载保护电路的设计提供了一种有效的方法。关键词:开关电源; 打嗝模式; 开关应力; 锁定保护; 中图分类号:TN 86, TM 46文献标识码:ADesign of Over Load Protection Circuit for Switching Mo
26、de Power SupplyL IU Xue 2shan , YAN G Jing , ZHAN G Hong 2ru(1. School of Electrical Engineering , Southwest Jiaotong , , ; 2. School of Information Science &Technology , Southwest , China Abstract :Based on fly 2back converter with UC 3842, of constant power control and constant current control are
27、 analyzed from characteristics of these two overload protection circuits are presented. A for transient overload is proposed. Experi 2ment results verify that stress in protection mode , which provides an effective method to for mode power supply with high peak load.Key ; ; switching stress ; latch
28、protection0引言电源在一个典型的系统中担当着非常重要的角色, 从某种程度上可以看成系统的心脏。电源在给系统电路提供持续、稳定能量的同时, 还要能使系统免受外部及内部的侵扰和损害, 如浪涌电流、雷击电流以及系统故障引起的电源损坏等, 这就需要各种保护电路1。开关电源设计中, 对负载的保护以及因负载失效而对电源的保护是设计中需要考虑的很重要的方面, 选择合适的保护电路, 将它们结合在一起, 会使产品性能得到提高1。本文基于UC 3842的反激式开关电源从原理和实验上分析了恒功率控制和恒电流控制的过载保护电路, 阐述了各自的特点及应用场合, 并提出了一种适用于短暂过载场合的延时锁定关断过载
29、保护电路。实验证明此电路工作于保护模式时开关元件几乎无开关应力, 为高峰值负载电源过载保护电路设计提供了一种有效的方法。1恒功率控制过载保护电路UC 3842控制的电流型反激式开关电源原理图如图1所示, 它采用双环控制模式, 一个是检测输出电压的电压外环, 一个是检测开关电流的电流内环, 而与电流内环并行的是逐周期限流的功率限制模块2, 3。其中U in 为全电压范围全桥整流后的直流电压, U th 对应PWM 芯片的限制功率点, 由于齐纳二极管Z 1的作用, U th 的电压值钳位在1V , 使电感峰值电流受到限制, 进而实现功率限制。当输出负载达到功率限制点后, 随着负载电流的继续增大,
30、输出电压将降低, 进入恒功率控制阶段; 由于提供给控制芯片供电的辅助电源电压反映输出电压4, 当输出电压降低到一定程度, 辅助电源将不能维持IC 正常供电, 电源将做重复的关断重启动作, 进入打嗝模式(Hiccup -mode 1保护阶段; 负载恢复正常后, 电源恢复正常工作。根据上述原理可知图2所示的恒功率控制过载保护电路输出电压与输出电流关系。图1电流型恒功控制反激式开关电源原理简图值得注意的是, 从开关电流取样至开关管Q 1关54 2021年7月25日第26卷第4期Telecom Power Technology J ul. 25, 2021, Vol. 26No. 4 断存在传输延迟,
31、 包括控制芯片从电流取样输入至输出的传输延迟(UC 3842的典型值是150ns 5 、开关管Q 1的关断延迟以及用于消除开关电流前沿尖峰的滤波电路造成的延迟。这段延迟时间会使在全电压范围工作(90264Vac 的开关电源低压工作与高压工作的最大功率点不一致, 实际应用中需要加入输入电压补偿电路进行补偿, 以减小高输入电压与低输入电压时最大功率点的差异6。如图1所示,即该电路通过补偿电阻R P 、R S 2对侦测的开关电流信号叠加一个随输入电压变化的直流分量来实现补偿作用2。实际应用中, R S 2取值为1k 左右, 以保证R P 的取值足够大以及对控制IC 进行保护。下面将分别介绍不连续导电
32、模式(DCM 、连续导电模式(CCM 两种情况下R P 与R S 1的求法。图3为分别在两种模式下补偿后的开关电流波形图。其中, I th 为UC 3842的最大电流取样输入门限, 其值为U th 与检测电阻R S 1的比值, I CL 、I CH 为低压与高压输入时的补偿电流, t d 为从开关电流取样输入至开关管Q 1关断的传输延迟, I PH 电压时的开关电流峰值, I PL 流峰值。 1. 1DCM 模式由图1和图3(a 可知, 在DCM 模式下, 有:I CL =R P +R S1+R S2(1 I CH=R P +R S1+R S2(2U th =I CL R S2+I CL +P
33、 f R S1(3 L P t d -I CL =L Pt d -I CH(4式中, P o 为补偿后高压与低压输出的平衡功率; L P 为原边主线圈感值; f 为开关频率;为电源效率。由式(1 (4 即可求出DCM 下R S 1, R P 的阻值。1. 2CCM 模式由图1和图3(b 可知, 在CCM 模式下, 有:U th =I CL R S2+2L P f (U in min +N U o +U in min +N U o R S1(5I th+L Pt d -I CL2-U in min N o -2L P f (U in min +N U o 2=I th+L Pt d -I CH2
34、-U N U o -f (in min +N U o 2(6N ; U o 为电源输1 2 , ( , (6 即可求出CCM 下R S 1, R P 。, 此种保护策略只需要输入电压补偿外围电路就能实现在宽输入电压范围内对电源的恒功率控制, 是一种低成本的过载保护策略。当电源严重过载或短路时会进入打嗝保护模式进行保护, 在开关电源的整个工作寿命期间, 电源启动这段时间承受的开关应力较大, 是最易发生损坏的1, 这也是打嗝保护模式的缺点所在。由于辅助电源的变化反映输出变化, 一定程度上受变压器漏感的影响4, 所以此种保护方式需要辅助电源线圈与输出线圈有较好的耦合。2恒电流控制过载保护电路与恒功率
35、控制过载保护电路不同的是此类型的保护电路是通过检测取样电阻上的电压, 并与参考电压比较来实现1。图4所示为恒电流控制型保护电路原理图。当输出电流达到电流保护值之前, 电源工作在恒压控制阶段; 当输出电流达到电流保护值时, 进入恒电流控制阶段, 负载再增大, 输出电流将被限制住, 输出电压降低; 随着负载继续增大, 输出电压继续降低, 提供给IC 供电的辅助电源电压将不能维持IC 正常供电, 电源会进入打嗝模式。故障消失后, 电源恢复正常工作。输出电流限制值:I o max =(R 3+R 4 R S2(7实际应用中, 电流取样电阻R S 2采用阻值较低的锰铜线电阻, 以保证不在取样电阻上产生太
36、大损耗。Op 2用来产生误差信号调节PWM 信号的脉宽用来实现恒压控制,Op 1用来实现恒流控制。有专用的芯片如TSM 103可实现Op 1,Op 2的功能。恒电流控制过载保护电路广泛应用于给电池充电的场合, 输出电压与电流的关系曲线如图5所示。由于此种类型的保护64 刘雪山等:开关电源的过载保护电路设计Telecom Power TechnologyJ ul. 25, 2021, Vol. 26No. 4电路也会进入打嗝保护模式, 此时的开关应力较大。3复状态, 其中打嗝保护模式就是一种可恢复的保护方式。在某些高峰值负载应用场合, 如打印机电源等, 在平均负载电流不超过额定电流以及元件能承受
37、的电流与电压应力允许的前提下, 电源在短时间内可以允许过载工作, 但过载工作时间过长电源系统则认为负载设备发生严重故障, 此时需要电源关断并锁定, 以实现对负载设备的保护以及对电源本身的保护。基于此, 本文提出一种延时锁定保护电路。UC 3842以输出补偿引脚作为反馈信号输入时, 此脚的电压会随负载的增加而不断上升, 当达到最大功率点时, 此时输出补偿引脚的电压约为5V , 见图1。所以可以在原边用COM P 脚的电压来控制过功率点, 如图6所示, 当COM P 脚电压达到功率设置点电压时Op 1输出高电平, 通过R 11给C 4充电, 当充到R 10上的分压值时Op 2输出高电平, 使Q 2
38、导通, 由于Q 1、Q 2强烈的正反馈作用使等效SCR 电路持续导通7, 通过Q 2把COM P 脚电压拉低同时锁定电源, 只有当AC 重新再接入时才能恢复。延时时间T delay 可由下式来确定:T delay =-R 11C 4ln 1-(R 9+R 10 U OPmax(8式中, U OP max 为运放输出的最大电压。在不同的应用场合, 可对延迟时间进行调整, 也适用于不延迟保护的场合。由于此种保护方式保护后输出电压与电流近似为零, 开关元件不工作, 不承受开关应力, 因此锁定关断的保护方式是一种相对安全的保护方式。图6锁定关断型保护电路4实验结果, 设计了一台UC , 分别应用恒功率
39、三种7所示。74 2021年7月25日第26卷第4期Telecom Power Technology J ul. 25, 2021, Vol. 26No. 4 如图7(c 所示, 延时锁定关断过载保护电路在瞬时过载区由于过载时间在电源设定的过载延迟时间之内, 所以电源没有关断锁定, 但是一旦过载时间过长电源将被锁定。通过与图7(a 和图7(b 保护策略的比较发现, 恒功率过载保护和恒电流过载保护在打嗝区输出电流瞬时值较大, 开关元件的电流应力较大, 而锁定关断过载保护电路在锁定区输出电压与电流几乎为零, 开关元件不工作, 所以无开关应力, 有利于对负载设备的保护以及对电源本身的保护。5结论在不
40、同的应用场合, 选择合适的保护策略, 可以使产品的性能得到提高。本文基于UC 3842控制的反激式开关电源从原理和实验上分析了恒功率控制和恒电流控制的过载保护电路, 阐述了各自的特点, 并提出了一种适用于短暂过载场合的延时锁定过电流保护电路。实验证明了此方法可以定时过载, 并且保护时开关元件无开关应力, 计提供了一种有效的方法。参考文献:1Marty Brown (英 著, 徐德鸿译. 开关电源设计指南M .北京:机械工业出版社, 2004. 2刘国. 开关电源适配器的输出过载保护电路设计J.电源技术应用, 2007, 10(12 :25229. 3谢云宁, 夏建新. 电流模式反激变换器中功率
41、限制电路的设计J.现代电子技术, 2007, (14 :1822184. 4王庆义, 胡荣强, 王闯端. 基于UC 3842的开关电源保护电路的改进J.电源技术应用, 2005, 8(6 :44246.5Texas Instruments Incorporated. UC 3842/3/4/5provideslow -cost current -mode control Z.Unitrode Applica 2tion Note. 1999. 6李海松, 刘佑宝. 初级反馈AC/转换器的高低压OCP补偿电路设计J. , 2021, 47(Z 1 :. 7. M .成都:西南交通大学, 2004
42、.(上接第44页, 据传输将是U 。如当前WL AN 和WPAN 的各种应用。此外, 通过降低数据率提高应用范围, 具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、安全性高、系统复杂度低, 能提供数厘米的定位精度等优点, 在军事上有极大的应用价值。如U WB 雷达、U WB L PI/D 无线内通系统(预警机、舰船等 、战术手持和网络的PL I/D 电台、警戒雷达、UAV/U GV 数据链、探测地雷、检测地下埋藏的军事目标或以叶簇伪装的物体等。在民用方面,U WB 用于U WB 地波通信系统、防撞雷达(民航 、防撞感应器、WLAN 、WPAN 中, 包括Ad hoc 无线网络、高速(20Mbit/
43、s WL AN 、WPAN 等。U WB 可用于数字电视、投影机、摄录一体机、PC 机、机顶盒之间传输可视文件和数据流, 或者笔记本电脑和外围设备之间实现局部连接构成个人局域网。伴随着U WB 对民用无线通信领域的开放, 美国等发达国家的半导体厂商和设备制造商都在加紧研究开发实用系统。目前, Intel 、Sony 、Siemens 等业界知名厂商也对U WB 技术表现出浓厚的兴趣。此外, 美国的Time Domain 、Multispect ral 等公司正在进行U WB 产品的研发和生产,U WB 芯片组的商业化产品呼之欲出。5结束语U WB 宽带技术在无线通信方面的创新性、利益性已引起了
44、全球业界的关注。与蓝牙、802. 11b 、802. 15等无线通信相比, U WB 可以提供更快、更远、更宽的传输速率。在商业多媒体设备、家庭和个人网络方面极大地提高了一般消费者和专业人员的适应性和满意度。鉴于其在短距离无线通信领域中所具有的优势, 以及在民用和军用领域中的广阔应用前景, U WB 技术必将在无线通信领域中占据重要一席之地。参考文献:1张陆勇, 周正. 超宽带无线通信技术J, 中国通信, 2003,(12 :21-23. 2管文明, 万晓榆. UWB 一种实现PAN 的前沿技术J.中国通信, 2004, (1 :8210. 3M. Ghavami , L. B. Michae
45、l , R. K ohno. Ultra wideband signals and systems in communication engineering M .Hoboken ,NJ :JohnWiley &Sons , Ltd , 2004. 4Branimir R. Vojcic , Raymond L. Pickholtz. Direct 2se 2quence code division multiple access for Ultra -wide bandwidth impulse radio C .Military Communications Conference , 20
46、03. MIL COM 2003. 2003, 2(13 :8982902.5Rao RM , Comaniciu C , Lakshman TV. Call admission control in wireless multimedia networks J.Signal Pro 2cessing Magazine , IEEE , 2004, 21(5 :51258.84开关电源功率变压器的设计方法1开关电源功率变压器的特性 功率变压器是开关电源中非常重要的部件，它和普通电源变压器一样也是通过磁耦合来传输能量的。不过在这种功率变压器中实现磁耦合的磁路不是普通变压器中的硅钢片，而是在高频情
47、况下工作的磁导率较高的铁氧体磁心或铍莫合金等磁性材料，其目的是为了获得较大的励磁电感、减小磁路中的功率损耗，使之能以最小的损耗和相位失真传输具有宽频带的脉冲能量。 图1（a）为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波，图1（b）为输出端得到的输出波形，可以看出脉冲变压器带来的波形失真主要有以下几个方面：图1脉冲变压器输入、输出波形（a）输入波形（b）输出波形（1）上升沿和下降沿变得倾斜，即存在上升时间和下降时间；（2）上升过程的末了时刻，有上冲，甚至出现振荡现象；（3）下降过程的末了时刻，有下冲，也可能出现振荡波形；（4）平顶部分是逐渐降落的。这些失真反映了实际脉冲变压器和理想变压器的差别，考虑到各种因素对波形的影响，可以得到如图2所示的脉冲变压器等效电路。图中：