铃流电源的过流保护  

摘要：过流保护的设计是否合理直接影响到铃流电源的电气性能和可靠性。对铃流电源的过流保护机理进行了分析，并给出了一种简单、稳定、可靠的保护方法。

关键词：正弦波脉宽调制；铃流电源；过流保护

1  引言

    铃流电源模块是一种小功率DC/AC逆变器，多用在通信系统和声纳系统中。前不久，我公司研制了一种高性能铃流模块，设计要求在输入DC36～72V，环境温度0～70℃的条件下必须保证稳定、可靠地输出75V 25Hz30VA。在研制过程中，我们发现，过流保护成为影响该铃流电源的电气性能和可靠性的关键。

2  电路原理及限流保护分析

    该铃流模块的原理框图如图1所示，采用SPWM电路，详细介绍请参考有关资料。

图1  铃流模块原理框图

    实际上SPWM电路已带有限流保护，对输入电流进行限制，但由于铃流电源输入电压范围宽，导致其输入侧电流变化也较大，这就给限流保护的实现带来一定困难。就该铃流电源来说，在额定输出情况下，如果我们在额定输入电压（DC48V）时整定过流保护点，那么在输入电压下降到DC36V时，将使输出波形失真，出现削顶现象〔如图2(b)所示〕；而当输入电压上升到DC72V时又不能可靠地实现过流保护，易造成铃流电源因过负荷而损坏。因此，要想精确地实现过流保护只能对输出侧电流进行限制。

(a)  正常输出电压波形    (b)  限流后输出电压波形

图2  限流保护的影响

3  限流保护的两个方案

3.1  方案1

    方案1原理图如图3所示。R₈为输出电流取样电阻，电源正常工作时，在正半周D₁不导通，a点电位为0.6V（这里，我们假定二极管的管压降均为0.6V）,b点电位为：

    U_R8×R₄/（R₁＋R₄）－U_D5<0.6V

图3  方案1原理图

    U_2A输出负电压，D₄不导通，Q₁不动作；同理，负半周时，Q₁也不动作。如果电路有过流现象产生，假定在正半周过流，在R₈上产生正电压U_R8，使b点的电位：

    U_R8×R₄/（R₁＋R₄）－U_D5>0.6V

    U_2A输出正电压，D₄导通，Q₁动作，通过光耦U₁送出关断信号，电源截止。同理，在负半周产生过流时，保护电路动作，也能使铃流电源截止。

    该电路在理论上是可行的，但是在实验时我们发现过流保护点随温度的变化而变化，室温时过流保护点为0.41A，环境温度70℃（壳温90℃）时，过流保护点降为0.28A，不能输出额定功率。仔细分析发现这是由于二极管的管压降随温度变化引起的。温度升高，二极管的管压降降低，过流保护点降低，电源就不能输出额定功率。温度降低，二极管的管压降升高，过流保护点也升高。如果环境温度变化不大，该电路还是一种不错的保护方案，但环境温度变化较大时就不可行了。

3.2  方案2

    方案2原理图如图4所示。R₄为输出电流取样电阻，电源正常工作时，U_2A输出电压不足以使D₃（9.1V）或D₄（9.1V）击穿导通，Q₁或Q₂不导通，过流保护电路不动作。如果电路有过流现象产生，假定在正半周过流，U_2A输出负电压，使得D₃击穿，D₄导通，Q₂导通，电流流经D₂、U₁、R₈、Q₂、R₁，光耦U₁输出过流信号，电源截止。若负半周过流，U_2A输出正电压，使得D₄击穿，D₃导通，Q₁导通，电流流经R₇、Q₁、U₁、R₈、D₁，光耦U₁输出过流信号，电源截止。这样，只要电路有过流现象发生，保护电路就会立即动作，对电源进行保护，防止损坏。

图4  方案2原理图

    方案2的温度分析：室温下，U_2A输出的电压能使过流保护电路动作的最小正电压为：D₄的稳压值和D₃、Q₁、U₁、D₁的导通电压的和，约为12V。当温度升至90℃(当环境温度是70℃，模块壳温约为90℃，控制电路的温度也约为90℃)时，D₃、Q₁、U₁、D₁导通电压降低，但D₄的稳压值却有所升高，起到一定的温度补偿作用，此时所需的最小正电压约为11.55V，过流保护点变化了(12－11.55)/12=3.75％。按此计算，如果室温下过流点整定为0.42A，环境温度70℃时的过流点变为约0.404A。模块仍能输出额定功率。当U_2A输出负电压时，可得出相同的结果。

4  结语

    实验证明，这是一种可行的保护方案，如果常温时整定过流保护点为0.42A，输入电压在DC 36V至DC 72V间，环境温度0℃至70℃，可将过流点稳定地限定在0.405A至0.425A之间。而且，使用该电路，可以大大减小输出电流取样电阻的阻值，提高整机效率。总之，这个电路完全能够保证铃流电源模块安全、稳定、可靠地工作。

    该种模块已批量投产，并得到用户的好评。