中国地质大学长城学院
本科课程设计
题
目:具有短路保护稳压电源的电路设计
系别信息工程系
学生姓名
专业电气工程及其自动化
学号
指导教师
职称高级工程师
2016年06月12日
具有短路保护稳压电源的电路设计
摘要
稳压电源（stabilized voltage supply）是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。稳压电源可以作为各种电子仪器、仪表、电子计算机、自动控制系统与设备的电源。精密稳压、稳流电源还可作为检定某些电工仪表用的稳压、稳流电源。因此，稳压电源是科研、生产、教学和维修等单位常用的必备仪器。在使用中难免有时发生短路，本次电路设计是在原电路基础上设计了一种具有短路保护稳压电源的电路设计，使其在使用过程中能及时受到保护。
关键词：稳压电源，短路保护
ABSTRACT
Power supply is able to provide a stable AC or DC power electronic devices. Power supply can be used as power a variety of electronic equipment, instruments, computer, automatic control systems and equipment. Precision voltage regulator, steady flow of power can be used as test certain electrical instrumentation regulator, stabilized power supply. Therefore, the power supply is scientific research, production, teaching and maintenance units commonly used essential equipment. In use, a short circuit occurs sometimes unavoidable, this circuit design is based on the original circuit design circuit design having a power supply short-circuit protection, making use of the process in a timely manner can be protected.
[Key words]:Power Supply ，Short circuit protection
目录
第一章绪论 (3)
第二章总体电路设计 (3)
第三章设计方案的比较与论证 (4)
第四章各部分电路的设计 (5)
4.1 主电路（换能电路） (5)
4.2 整流滤波电路 (5)
4.3 调压电路 (6)
4.4 控制电路 (7)
4.5 保护电路 (8)
第五章性能测试 (9)
5.1 整流滤波电路 (9)
5.2 电压调节电路 (10)
5.3 三角波发生器电路 (11)
5.4 电路整体性能测试 (12)
第六章性价比 (13)
总结与展望 (14)
致谢 (15)
参考文献 (16)
附录1 (17)
附录2 (18)
第一章 绪论
稳压电源，输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关，也称稳压器等，开关稳压电源的发展依赖于半导体器件和磁性材料的发展。随着电子工艺的发展，已成为世界各国的普及产品。按调整管及负载的连接方式可分为串联型和并联型,按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM ）、脉冲频率调制型（PFM ）和混合调制型。本电路设计主要引用串联型脉冲宽度调节型，主要由主输出电路、控制电路、采样比较放大及保护电路四大部分组成。利用三极管的导通特性，通过波型发生器与电压比较器共同实现对三极管导通与关断的控制，从而实现开关功能，负反馈采样放大电路实现调压功能。电源输入电压为市网电压。输出电压为5—24V 可调电压，稳压最大电源功率50w ，能够实现过流及短路保护功能。
第二章 总体电路设计
开关稳压电源，实质上是一个受控制的电子开关。电子开关在直流稳压电源中做调整元件，通过改变调整器件的导通时间和截止时间的相对长短，来改变输出电压的大小，达到稳定输出电压的目的。
方案一：
图1 开关稳压电源电路的原理框图（一）
采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，利用PWM 控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。
运算放大 P W M 控制
电压比较 采样电路 市网输入 整流滤波 输出
调整管 保护电路
方案二：
图2 开关稳压电源电路的原理框图（二）
同样采用二极管单相桥式整流，通过电容的充放电过程实现滤波功能，三极管为调整管，但位置不同，最后利用PWM 控制调整管的开通于关断实现电路的开关功能，采样电路与电压比较环节共同实现电压的调节作用，保护电路为截流行过流保护。
第三章 设计方案的比较与论证
方案二与方案一明显的不同在于，方案二中调整管的位置决定了方案二为并联型稳压电路。 方案选择：
两套方案中均采用PWM 脉宽控制，在开关管导通周期不变情况下对其导通时间（占空比）的调节，实现开关稳压作用，但关键在于，方案一为串联稳压型电路，又称降压型稳压电路，即输入的电压大于输出电压，方案二为升压型稳压电路，实验要求稳压电路的输出为5V~24V ,不需要升压过程，所以本次设计采用方案一完成。
比较放大 采样电路 市网输入 整流滤波 输出
调整管
P W M 控制
保护电路
第四章 各部分电路的设计
1、主电路（换能电路）
主电路图主要应用的是串联型脉宽开关控制电路接法，电路如图3所示：
图3 PWM 控制总电路
开关稳压电路的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC 滤波转换成直流电压，晶体管Q1为调整管（即开关管），三极管基极输入为矩形波，控制开关管的工作状态，电感L 与电容C 组成输出滤波电路，D 为续流二极管。
当基极为高电平时，Q1饱和导通，D3因承受反压而截止，电感L 存储能量，电容C 充电；发射极电位Ue 近视等于输入电压。当基极电压为低电平，Q1截止，此时虽然发射极电压为0，但是电感释放能量，其感应电动势使D3导通，C 放电，负载电流方向不变。 2、整流滤波电路
稳压电源的电源主要采用市网电压，首先需要将正弦波交流电源调整成为所需的直流输入。电路如图4所示：
Q1
BC184BP
L11H
D3
1N4449
C4820uF
1
34
2
图4 降压整流滤波电路
电路的电源为市网220V ，50Hz ，用变压器对电压降压，变比为220/30=7.33，输出电压为30V 。单项桥式整流克服了半波整流仅适用于整流电流较小，对脉冲要求不高的缺点，其构成原则就是保证在变压器副边电压的整个周期呢负载的电压与电流方向始终保持不变。滤波电路采用的是电解电容，容量较大，利用电容的充放电过程是输出的电压趋于平稳。 Uo ≈1.2U2
二极管选择
:Urm>1.12
2 U2=46.66V
If>1.1*Io/2=1.12
2 U2/π*错误！未指定书签。Rl
3、调压电路
图5 电压调节电路
V 220 50 0D
1
2
4 3
T
4
3
2
1 C
5
U o
U
Q1
R3
R2 50%
U1A
3
2
11 4
1
VCC
12V
D Z
R1 7 0
VCC 3
2
1 VEE
-12V
VEE
R 1k
4
5
6
晶体管Q1为调整管，电阻R 与稳压管D Z 构成基准电压电路，电阻R1，R2，R3为输出电压的采样电路，集成运放作为比较放大电路，为了是输出电压可调，
也为了加深电压负反馈以提高输出电压的稳定性，所以通常在基本调整管稳压电路的基础上，引入放大环节。
电阻选择：Uomin=(R1+R2+R3)/(R2+R3)*Uz
Uomax=（R1+R2+R3）/R3*Uz
实际调试电路中Uz=3.265v,R1=26.8k Ω,R2=40k Ω,R=10.05k Ω。
4、控制电路
图6 控制电路
U1
LM358
3 2
4 8
1
U2
LM358
3 2
4 8
1 VE
-12VE
-12
VC 12
VC
120
VC VE VE C
910n VC R 500
R
1k|
2
3 R 250
1
D 5 D 5
5 0 4
U2A
LM358N 3 2
4 8
1
U4A
LM358N 3 2
4 8
1 VEE
-24V
VEE
-24V
VCC
24V
VCC
24V C2
910nF
R8
500?
R9 1k?
R12 250?
4
3
2
VCC VEE VEE VCC
R2 1k?
R5
R6 1k?
R4
50%
VCC
24V
R3
R7
U3A
LM358N
3
2
4
8
1
VEE
-24V
D3
1N4449
L1 1H
C4 820uF
Q1
D2
U1A
LM358N
3
2
4
8
1
C3 6mF
VCC
7
14
13
12
8
VEE
6
5
11
9
10
1
图7 三角波发生电路
滞回比较器（U1A ）输出的电压U01=±Uz ，输入电压为积分电路（U2A ）的输出电压Uo,积分电路正相积分，Uo 随时间增长线性增大.一旦Uo=+Ut ，再稍增大，Uo 将从-Uz 跃变回+Uz ，回到初态，积分电路反相积分，并重复以上过程，因此产生三角波振荡电路。
采样电压Un1与基准电压Uref 之差，经U4放大后作为U3组成的电压比较器的阀值电压Up2，三角波发生电路的输出电压与之相比较，得到控制信号 Ub ，控制调整管工作状态。 5、保护电路
图8 截流型保护电路电路
U1
LM358
3 2
4 8 1
U2
LM358
3
2
4 8
1 VE
-12
VE
-12
VC
12
VC
12
0 0
VC
VE
VE
C
910n VC
R
500|
R
1k|
2
3
R
250|
1
D
5
D
5
5 0
4
Q2D44H4
R1010kΩ
R1110kΩ
R7
1.4kΩ
2
Q1BC184BP
13
45
截流型过流保护电路，Q1为调整管，R7为采样电阻，它与Q2，R10，R11构成保护电路.I0增大，Ube2增大，未过流时，Ube2 第五章 性能测试 1、整流滤波电路 测量数据：C=500nF 周期T=10ms 频率f=100Hz 变压器副边电压为30v C 500n V 220 50 0 T 2 1 XMM 3 4 XSC A B Ext + + _ _ + _ 6 D 1B4B 1 2 4 3 2、电压调节电路 电路的初步组成测试显示，当滑动变阻器调至顶端，输出电压接近为5V，调至低端时输出电压接近25V，初步测试成功。 3、三角波发生器电路 4、电路整体性能测试 第六章性价比 该电路主要使用到变压器，二极管全波整流桥，集成运放，二极管（含稳压二极管），电感，电容（含电解电容），滑动变阻器，电阻等器件，均为模拟器件，通过对各元件功能的统一了解和掌握，并利用他们之间的关联而设计，开关型电源出现简易的雏形。所用元器件种类较少，价格较低廉，美中不足在于没有数字管的介入，数字管与模拟管的结合，电路的会更精简且精准。 总结与展望 本次课程设计中，我发现了自身在电子电路技术方面有很大的不足，通过本次课程设计论文，使对这门课程有了更深一步的了解和掌握，也明白了我之前的视野狭隘与知识浅薄。 我认为本次课程设计论文，从理解课题，到查阅资料，寻求方法，最后发现问题解决问题，对我知识的掌握能力，自身的动手能力，以及思维的拓展能力有一定的提高，同时也激发了我对这门课更深的兴趣。 生活和知识是密不可分的，在今后的日子里，我会在生活中实践学习到的知识，找到学习的乐趣，不断在学习中充实并完善自我，用知识去改变生活。 致谢 感谢王老师这一学期辛勤的教导与认真的备课，在我完成这篇论文的过程中，我对本学期所学到的知识进行了巩固和加强，是王老师的教诲使我对本学期所学习到的知识有了一定的掌握，并且能在生活中充分的运用。同时也感谢一些学长的帮助，是他们的帮助让我更深层次的理解了本次课程设计论文的意义，也有了更清晰的思路去完成本次论文。最后感谢我的同学以及舍友，是他们的帮助，让我能在有限的时间里写出这份论文，并理解稳压电源及短路保护。 感谢王老师，感谢所有给予我帮助的老师，学长，同学们。谢谢。 参考文献 [1]童诗白、华成英.模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 [2]阎石.数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 [3]候振义、夏峥、柏雪倩、孙进.直流开关电源技术及应用. [M]北京：电子工业出版社，2006年 [4]王增福、李农、魏永明.新编常用稳压电源电路. [M]北京：电子工艺出版社，2005年 [5]李定宣.开关稳定电源设计与应用. [M]北京：中国电力出版社，2006年 [6]梅开乡、梅军进.电子电路实验. [M]北京：北京理工大学出版社，2010年 附录1 C 1500n F R 11.5k |? R 2 1k |? R 510.05k |? R 61k |? R 4 40k |?K e y =A 50%V C C 24V R 326.8k |? R 7 1.4k |?U 3A L M 358N 32 4 81V E E -24V D 31N 4449 L 1 1H C 4 820u F Q 1B C 184B P R 1010k |? R 11 100k |? 16 14V C C 9 4 Q 2 B C 184B P U 2A L M 358N 3 2 4 8 1 U 4A L M 358N 32 481V E E -24V V E E -24V V C C 24V V C C 24V C 2 910n F R 8 500|? R 9 1k |?R 12 250|?8 7 V C C V E E V E E V C C 0D 2 3.08 V U 1A L M 358N 3 2 481C 36m F V 1220 V r m s 50 H z 0?? D 1 1G 4B 42 1 2 43 T 2 20 19 18 106 317 5 121D 45 V D 55 V 21 20 15 11 V E E 13 中国地质大学长城学院2013级电子电路设计论文 附录2 元器件清单 序号编号名称型号数量 1 T 2 变压器Ts_Ideal 1 2 D1 整流桥1G4B2 1 3 C1 电解电容500nf 1 4 C4 电容820uf 1 5 C3 电容6mf 1 6 R1 电阻 1.5k 1 7 R2、R9 电阻1k 2 8 R3 电阻26.8k 1 9 R4 滑动电阻40k 1 10 R5 电阻10.05k 1 11 R6 负载电阻1k 1 12 R7 电阻 1.4k 1 13 R8 电阻500 1 14 R10 电阻10k 1 15 R11 电阻100k 1 16 R12 电阻250 1 17 Q1、Q2 三极管BC184BP 2 18 D2 二稳压极管 3.08v 1 19 D3 二极管1N4449 1 20 C2 电容910nf 1 21 L1 电感1H 1 22 U1、U2 集成运放LM358N 2 23 U3、U4 集成运放LM358N 2 防反接保护电路 防反接保护电路 1，通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示： 这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT，额定管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，这样效率低，发热量大，要加散热器。 2,另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时，图1中的电路功耗为1.4W，图2中电路的功耗为2.8W。 图1，一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有0.7V的压降 图2 是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通，功耗是图1的两倍MOS管型防反接保护电路 图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。 极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。 具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示 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 新疆大学 课程设计报告 所属院系：科学技术学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电子技术基础上 设计题目：过电压保护电路设计 班级：电气14-1 学生姓名：庞浩 学生学号：20142450007 指导老师: 常翠宁 完成日期：2016. 6. 30 1．双向二极管限幅电路 图2 经典过电压保护电路 经典过电压保护电路虽然有许多优点，但是由于Multisim 12.0中无法找到元件 MAX6495,无法进行仿真，所以不选用该方案。 3．智能家电过电压保护电路 电路原理：该装置工作原理见图，电容器C1将220V 交流市电降压限流后，由二极管1D V 、 2D V 整流，电容器2C 担任滤波，得到12V 左右的直流电压。当电网电压正常时， 稳压二极管VDW 不能被击穿导通，此时三极管VT 处于截止状态，双向可控硅VS 受到电压触发面导通，插在插座XS 中的家电通电工作。（图3） 图3 智能家电过压保护电路 如果电网电压突然升高，超过250V ，此时在RP 中点的电压就导致VDW 击穿导通，VDW 导通后，又使得三极管VT 导通，VT 导通后，其集电极—发射极的压降很小，不足以触发VS ，又导致VS 截止，因此插座XS 中的家电断电停止工作，因而起到了保护的目的。一旦电网电压下降，VT 又截止，VT 的集电极电位升高，又触发VS 导通，家电得电继续工作。 R 电阻5.1K1，RP 电位器15K 选用多圈精密电位器1，C1金属化纸介电容0.47uF 耐压≥400V1，C2电解电容100uF/25V1，1D V 、 2D V 整流二极管IN40072，VDW 稳压二极管 12V 的2CW121，VT 晶体三极管3DA87C 、3DG12等1，VS 双向可控硅6—10A 耐压≥600V1，CZ 电源插座10A 250V1 该装置的调试十分简单，当电网电压为220V 时，调整RP ，使VDW 不击穿，当电压升高至250V ，VT 饱和导通即可，调试时用一调压变压器来模拟市电的变化更方便。 优点：能够保护家用电器避免高电压的冲击带来的伤害，、 缺点：需要购买二极管，NPN 型BJT 以及双向可控硅VS ，不太经济。 设计指标： A V >250，R i ≥10kΩ，R L =5.1kΩ， BW=50Hz~50kHz ，D<5% 。 设计条件： 输入信号（正弦信号）：2mV≤V i ≤5mV ，信号源内阻：R s =50Ω，电源电压：V CC =12V ； 半导体三极管9013，参数：β=100，r bb ’=300Ω，C μ=5pF ，f T =150MHz ，3V≤V CC ≤20V ， P CM =625mW ，I CM =500mA ，V (BR)CEO =40V 。 1．电路选型： 小信号放大电路选用如图1所示两级阻容耦合放大电路，偏置电路采用射极偏置方式，为了提高输入电阻及减小失真，满足失真度D<5%的要求，各级射极引入了交流串联负反馈电阻。 2．指标分配： 要求A V >250，设计计算取A V =300，其中T 1级A V1=12，A V2=25；R i ≥10kΩ要求较高，一般，T 1级需引入交流串联负反馈。 3．半导体器件的选定 指标中，对电路噪声没有特别要求，无需选低噪声管；电路为小信号放大，上限频率f H =50kHz ，要求不高，故可选一般的小功率管。现选取NPN 型管9013，取β=100。 4．各级静态工作点设定 动态范围估算：T 1级：im1imax V1252mV, 12,V V A === om1V1im1125284mV V A V ==?=。 T 2级：im2om1V284mV , 25V V A ===， om2V2im22584 2.1V V A V ==?=。 为避免饱和失真，应选：CEQ om CE(sat)C V V ≥+ ；可见 T 1级V CEQ1可选小些，T 2级V CEQ2可选大些。 CQ CQ CM CEQ CM T T I I I I I ≥+12取值考虑：设定主要根据，由于小信号电压放大电路较小； 另从减小噪声及降低直流功率损耗出发，、工作电流应选小些。 T 1级静态工作点确定： T CQ1 T CQ1T CQ1CQ1CQ1BQ1CEQ13k Ω, ',100'30026mV ' 10026 0.963mA 3000300 0.7mA 0.07mA , V 2V>0.12V V r r r I V I r V r r I I I I ββββ ≥=+= ===-?≤ =-====be1be1bb bb be1bb 取依可推得其中，，可求得选， T 2级静态工作点确定： 一般应取CQ2CQ1I I > ，CEQ2CEQ1V V > 选 ：CQ2 CQ2BQ2CEQ21.2mA , 0.012mA , V 4V>3V I I I β == == 5．偏置电路设计计算（设BEQ 0.7V V =） T 1级偏置电路计算： Rb1BQ1BQ1CC 10100.0070.07mA 11 124V 33I I V V ==?===?=取 故：CC BQ1 b1b1 124 114.286k Ω0.07 V V R I --= = = 取标称值120 kΩ 22Rb1b1b110.071200.588mW 直流电源过载及短路保护电路 保护电路的元器件只有1O个，具有电源短路保护、停电自锁、过负荷电流保护功能（过负荷电流大小可调节设定）；电路原理图见附图。接通直流电源VCC。双色发光管发绿光。指示直流电源正常。电源短路保护功能：按下轻触开关K1。三极管BGI基极经限流电阻R2得到高电平，BG1饱和导通，继电器J吸合，其常开触点J闭合，OUT端正常输出直流电源，发光管发橙色光。在继电器J 吸合的同时，三极管BG2基极也被下拉成低电平，BG2导通，此时BGl保持导通，整个电路正常工作。 当OUT端发生短路时。Vcc电压被下拉成近似为零伏（其实。只要V et电压下降造成三极管BG1基极的电压低于O.7V时），三极管BG1退出饱和导通状态，继电器J释放。 停电自锁：当Vcc电源停电再来电时。由于BG2基极通过继电器J的线圈处于高电平。所以BG2截止。BG1也截止。继电器J不吸合，OUT端无直流电压输出。过负荷电流保护：由于变压器存在内阻以及线路存在线电阻，所以。 在电源带上负荷的时侯，会出现电压下降的现象。负荷越大电压下降也越大。根据这种原理。本电路由。R2和w组成了分压器，分压点电压=W÷（R2+W）xVcc。所以，当Vcc一定时，如W越小则分压点电压越低；反之。R2和w是定值。Vcc越低。同样分压点电压也越低。当分压点电压低于017V 时，三极管BGI截止。继电器J释放，起到了限制负荷电流的作用。本人采用市售1000mA/15V、800mA/12V、500mA/10V直流电源做实验。用300W电阻丝作负载（把电阻丝的一端与电源地可靠接牢，并放在一块耐热板上。然后把电流表的红表笔接在OUT输出端，再用黑表笔从电阻丝的一端贴紧。慢慢滑向中段）。调节W阻值。在100mA一800mA都可以取得满意的保护作用。 电容C1的作用： 在实验制作过程中，未接C1时。在多次关断并再接通电源Vcc的瞬间。BG1有时会出现误导通现象，这主要是干扰和BG2可能存在的微小漏电流造成的。利用电容两端电压不能突变的原理。在BG1的基极并接上C1后，连续几十次关断并再接通电源Vcc.未再出现误导通现象。另外，电位器w还起着在停电瞬间对Cl快速放电的作用。避免电源Vcc在关、开时间极短的情况下。由于c1的作用出现BG2延迟误导通的现象。 过流保护电路如上图所示。此电路是过流保护电路，其中100kΩ电阻用来限流，通过比较器LM311 对电流互感器采样转化的电压进行比较，LM311的3脚接一10kΩ电位器来调比较基准电压，输出后接一100Ω的电阻限流它与后面的220μF的电容形成保护时间控制。当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动恢复工作。 1.第一个部分是电阻取样...负载和R1串联...大家都知道.串联的电流相等...R2上的电压随着负载的电流变化而变化...电流大,R2两端电压也高...R3 D1组成运放保护电路...防止过高的电压进入运放导致运放损坏...C1是防止干扰用的... 2.第二部分是一个大家相当熟悉的同相放大器...由于前级的电阻取样的信号很小...所以得要用放大电 路放大.才能用...放大倍数由VR1 R4决定... 3.第三部分是一个比较器电路...放大器把取样的信号放大...然后经过这级比较...从而去控制后级的动作...是否切断电源或别的操作...比较器是开路输出.所以要加上上位电阻...不然无法输出高电平... 4.第四部分是一个驱动继电器的电路...这个电路和一般所不同的是...这个是一个自锁电路... 一段保护 信号过来后...这个电路就会一直工作...直到断掉电源再开机...这个自锁电路结构和单向可控硅差不多. 1 采用电流传感器进行电流检测过流检测传感器的工作原理如图1所示。通过变流器所获得的变流器次级电流经I／V转换成电压，该电压直流化后，由电压比较器与设定值相比较，若直流电压大于设定值，则发出辨别信号。但是这种检测传感器一般多用于监视感应电源的负载电流，为此需采取如下措施。由于感应电源启动时，启动电流为额定值的数倍，与启动结束时的电流相比大得多，所以在单纯监视电流电瓶的情况下，感应电源启动时应得到必要的输出信号，必须用定时器设定禁止时间，使感应电源启动结束前不输出不必要的信号，定时结束后，转入预定的监视状态。 2 启动浪涌电流限制电路开关电源在加电时，会产生较高的浪涌电流，因此必须在电源的输入端安装防止浪涌电流的软启动装置，才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围内。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现出较低的阻抗。如果不采取任何保护措施，浪涌电流可接近数百A。 开关电源的输入一般采用电容整流滤波电路如图2所示，滤波电容C可选用低频或高频电容器，若用低频电容器则需并联同容量高频电容器来承担充放电电流。图中在整流和滤波之间串入的限流电阻Rsc是为了防止浪涌电流的冲击。合闸时Rsc限制了电容C的充电电流，经过一段时间，C上的电压达到预置值或电容C1上电压达到继电器T动作电压时，Rsc被短路完成了启动。同时还可以采用可控硅等电路来短接Rsc。当合闸时，由于可控硅截止，通过Rsc对电容C进行充电，经一段时间后，触发可控硅导通，从而短接了限流电阻Rsc。 3 采用基极驱动电路的限流电路在一般情况下，利用基极驱动电路将电源的控制电路和开关晶体管隔离开。控制电路与输出电路共地，限流电路可以直接与输出电路连接，工作原理如图3所示，当输出过载或者短路时，V1导通，R3两端电压增大，并与比较器反相端的基准电压比较。控制PWM信号通断。 4 通过检测IGBT的Vce 当电源输出过载或者短路时，IGBT的Vce值则变大，根据此原理可以对电路采取保护措施。对此通常使用专用的驱动器EXB841，其内部电路能够很好地完成降栅以及软关断，并具有内部延迟功能，可以消除干扰产生的误动作。其工作原理如图4所示，含有IGBT过流信息的Vce不直接发送到EXB841 的集电极电压监视脚6，而是经快速恢复二极管VD1，通过比较器IC1输出接到EXB841的脚6，从而消除正向压降随电流不同而异的情况，采用阈值比较器，提高电流检测的准确性。假如发生了过流，驱动器：EXB841的低速切断电路会缓慢关断IGBT，从而避免集电极电流尖峰脉冲损坏IGBT器件。 为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或过载，致使调整管流过很大的电流，使之损坏。故需有快速保护措施。过流保护电路有限流型和截流型两种。 限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。图4-2为其简要电路图。图中R为一小电阻，用于检测负载电流。当IL不超过额定值时，T1、截止；当IL 超过额定值时，T'1导通，其集电极从T1的基极分流。从而实现对T1管的保护 直流电源过电压、欠电压及过流保护电路 该保护电路在直流电源输入电压大于30V或小于18V或负载电 流超过35A时，晶闸管都将被触发导 通，致使断路器QF跳闸。图中，YR 为断路器QF的脱扣线圈；KI为过电 流继电器。 带过流保护的电动自行车无级调速电路 图中，RC为补偿网络，以改善电动机的力矩特性。具体数值由实验决定。 电路如图16-91所示。它适用于电动自行车或电动三轮车。调节电位器RP，可改变由555 时基集成电路A组成的方波发生器的方波占空比，达到调速的目的。Rs是过电流取样电 阻，当电动机过载时，Rs上的压降增大，使三极管VTz导通，触发双向晶闸管V导通，分 流了部分负载，从而保护了功率管VTi。 过流保护用电子保险的制作电路图 本电路适用于直流供电过流保护，如各种电池供电的场合。 如果负载电流超过预设值，该电子保险将断开直流负载。重置电路时，只需把电源关掉，然后再接通。该电路有两个联接点(A、B标记)，可以连接在负载的任意一边。 负载电流流过三极管T4、电阻R10和R11。A、B端的电压与负载电流成正比，大多数的电压分配在电阻上。当电源刚刚接通时，全部电源电压加在保险上。三极管T2由R4的电流导通，其集电极的电流值由下式确定：VD4=VR7+0.6。因为D4上的电压(VD4)和R7上的电压(VR7)是恒定的，所以T2的集电极电流也是恒定。该三极管提供稳定的基极电流给T3，因而使其导通，接着又提供稳定的基极电流给T4。保险导电，负载有电流流过。当电源刚接通时，电容器C1提供一段延时，从而避免T1导电和保持T2断开。 保险上的电压(VAB)通常小于2V，具体值取决于负载电流。当负载电流增大时，该电压升高，并且在二极管D4导通时，达到分流部分T2的基极电流，T2的集电极电流因而受到限制。由此，保险上的电压进一步增大，直到大约4.5V，齐纳二极管D1击穿，使T1导通，T2便截止，这使得T3和T4也截止，此时保险上的电压增大，并且产生正反馈，使这些三极管保持截止状态。 C1的作用是给出一段短时延迟，以便保险可以控制短时过载，如象白炽灯的开关电流，或直流电机的启动电流。因此，改变C1的值可以改变延迟时间的长短。该电路的电压范围是10～36V的直流电，延迟时间大约0.1秒。对于电路中给出的元件值，负载电流限制为1A。通过改变元件值，负载电流可以达到10mA～40A。选择合适额定值的元件，电路的工作电压可以达到6～500V。通过利用一个整流电桥(如下面的电源电路)，该保险也可以用于交流电路。电容器C2提供保险端的瞬时电压保护。二极管D2避免当保险上的电压很低时，C1经过负载放电。 过压过流保护器电路图 当电源供给电压或负载吸取的电流太大时，下图电路可断开负载给出故障指示。 正常工作时，Tr1和Tr2均截止，555复位，555中的放电晶体管导通，它从Tr3基极吸取电流，使Tr3处开饱和，电源5～12V便直接送主负载。当负载吸取电流超过规定值时，Rsc上压降增加，使Tr1导通，555被触发，于是内部放电晶体管截止，跟着Tr3也截止，将电源与负载隔离，这时555处于单稳状态，单稳时间一到，只要负载过流现象不排除，555又重新触发，Tr3继续将负载隔离。 电子工程师应具备的电路设计常识及几十个经典电路解析一、接地技术 PCB设计—接地技术 1、接地设计的基本原理 好的接地系统是抑制电磁干扰的一种技术措施，其电路和设备地线任意两点之间的电压与线路中的任何功能部分相比较，都可以忽略不计；差的接地系统，可以通过地线产生寄生电压和电流偶合进电路，地线或接地平面总有一定的阻抗，该公共阻抗使两两接地点间形成一定的压降，引起接地干扰，使系统的功能受到影响。从而影响产品的可靠性。 2、接地目的 接地的目的主要有三个： ◆接地使整个电路系统中所有单元电路都有一个公共的参考零电位，保证电路系统能稳 定地工作。 ◆防止外界电磁场的干扰。机壳接地可以使得由于静电感应而积累在机壳上的大量电荷 通过大地泄放，否则这些电荷形成的高压可能引起设备内部的火花放电而造成干扰。 另外，对于电路的屏蔽体，若选择合适的接地，也可获得良好的屏蔽效果。 ◆保证安全作。当发生直接雷电的电磁感应时，可避免电子设备的毁坏；当工频交流 电源的输入电压因绝缘不良或其它原因直接与机壳相通时，可避免操作人员的触电事故发生。 3、接地分类 ◆ 防雷接地(LGND) 防雷接地是将可能受到雷击的物体与大地相连。当物体位置较高，距离雷云较近时，一定要将物体进行防雷接地。由于雷电的放电电流是脉冲性的，放电电流也较大，所以防雷接地时的接地电阻要小。为了避免由于雷击而造成机房里设备之间的高压差，特别是有电气连接或距离较近的设备之间要采用低电感和电阻搭接。 ★接地电阻：接地电阻不是普通的电阻而是一个阻值，是指电流由接地装置流向大地再由 大地流向无穷远处或是另一个接地装置所需克服的总电阻。接地电阻包括接 地线、接地装置本身电阻、接地装置与大地之间的接触电阻和两接地装置之 间的大地电阻或接地装置与无线远处的大地电阻。接地电阻越小，当有漏电 流或是雷电电流时，可以将其导入大地，不至于伤害人或损坏设备。如果接 地电阻变大，会造成应该导入大地的电流导不下去，因此，接地电阻越小越 安全。 ◆ 保护接地（PGND/PE/FG） 为了保护设备、装置和人身的安全。保护接地主要用于保护工频故障电压对人身造成的伤害。保护接地的工作原理：一是并联分流，当人体接触故障设备时，如果故障设备有保护接地，这时人体和保护接地线呈并联关系，保护接地线的电阻和人体相比是很小的，所以流过人体的电流很小，就会保护人身安全；二是当设备发生碰壳事件后，由于设备有保护接地，事故电流会使相线上得保护装置动作，从而切断电源，起到保障安全的作用。 ★相线：通常工业用电，三根正弦交流电。电流相位（反映电流的方向 大小）相互相差 车载ECU的安全性能要求很高，在电气、物理、化学等各方面，各大汽车厂商通常都有自己严格的标准。一般情况下，车载ECU的外部接口都要有各种故障保护电路，其中最重要的莫过于对车载12V电源或对地发生短路时的保护电路。由于USB接口可以直接输出5伏电源，所以短路保护显得尤为重要。本文设计的保护电路可以实现对USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对12V电源还是对地短路，均不影响车载ECU内部电路的正常工作，实现了本质安全级的短路保护。 1、前言 为了保证行车安全，车载ECU的安全性能要求很高，在设计时便要保证故障发生率尽量低。作为目前应用最为广泛的移动外设与主机间通讯接口，USB（Universal Serial Bus）具有成本低、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，在车载娱乐和存储设备上获得了广泛的应用。因为USB接口提供了内置电源，可提供 500mA以上的电流，对于一些功率较大的设备，如移动硬盘等，其瞬时驱动电流则可达到1A以上。如果车载ECU上带有像USB总线这种可以直接输出电源的接口，为防止接口电路发生对电源或对地短路时损坏机体，其接口部分通常都应具有保护电路，以便执行故障自诊断和保护功能。当系统产生故障时，它能在存储体中自动记录故障代码并采用保护措施，防止系统损坏，避免引起安全事故。 2、电路设计 利用比较器并结合外围电路，本文设计了一种可以自动探测USB电源输出线是否发了对12V电源或地短路，并且可以在短路故障发生时自动切断电源供应的保护电路。另外，如果探测到联接设备不在支持的USB设备之列，系统也可以借助本电路主动断开电源供应，并自动根据设备的连接状态实现对电源供应的控制。具体电路如图1所示。 图1 USB VBUS短路保护电路 图中MN1和MN2是USB电源通道上的两个MOSFET，用于控制5伏电源的输出，它们的G端都连接到比较器的输出端上。比较器的正端电位值受 3.3伏和VBUS共同影响，负端电位值由Umid通过电阻分压来决定，Umid的值总是与VCC5V和VBUS中的大者相同。本充分发挥二极管的正向导通和反向截止的作用，并对MOS管中快恢复二极管加以利用，利用一个比较器便可以构成一个窗口比较器。如果VBUS上的电压落在窗口之外（例如12V供电电压或地电平），那么比较器输出低电平，关断供电线的MOS管。这样既使12V电压无法进入系统内部，也防止了系统5V供电因为对地短路而发生过流，起到了保护系统不受短路侵扰的作用。 3、功能论证 A20唤醒电路设计参考 V1.0 2013-06-04 Version Date Changes compared to previous issue V1.020130604 目录 1.概述 (4) 1.1.目的 (4) 1.2.适用范围 (4) 2.硬件电路设计 (4) https://www.doczj.com/doc/e39886898.html,B插入唤醒 (4) 2.2.RTC唤醒电路设计 (5) 3.Declaration (6) 1.概述 1.1.目的 用于指导客户进行A20的唤醒电路设计。 1.2.适用范围 本文针对A20平台，因而非A20平台请不要参考该文档进行设计。 2.硬件电路设计 https://www.doczj.com/doc/e39886898.html,B插入唤醒 USB插入唤醒电路设计如图1所示： 图1USB插入唤醒电路 注意：USB插入唤醒电路中USB-WAKEUP的电压必须大于2.5V，AXP209才能正确的识别到此时有USB插入。且USB-WAKEUP请接到到AXP209的GPIO1，不要随意更改。 2.2.RTC唤醒电路设计 RTC唤醒电路设计如图2所示： 图2RTC唤醒电路设计 注意：使用RTC唤醒时，二极管的上拉电源为AVCC，且将NMI#多拉一根线到AXP209的GPIO2，IO口请不要随意更改。 3.Declaration This document is the original work and copyrighted property of Allwinner Technology (“Allwinner”).Reproduction in whole or in part must obtain the written approval of Allwinner and give clear acknowledgement to the copyright owner. The information furnished by Allwinner is believed to be accurate and reliable.Allwinner reserves the right to make changes in circuit design and/or specifications at any time without notice.Allwinner does not assume any responsibility and liability for its use.Nor for any infringements of patents or other rights of the third parties which may result from its use.No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Allwinner. This datasheet neither states nor implies warranty of any kind,including fitness for any particular application. 防护电路设计 1.防护电路中的元器件 1.1过压防护器件 1.1.1钳位型过压防护器件 ①压敏电阻 MOV电路符号 压敏电阻英文varistor或MOV，它以氧化锌为基料，加入多种添加剂，经过混料造粒， 压制成坯体，高温烧结，两面印烧银电极，焊接引出端，最后包封等工序而制成。 优点是价格便宜，通流量大，响应速度快，缺点是寄生电容大，不适合用在高频电路中。 压敏电阻器广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电 流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。 压敏电压的选择：交流电路其最小值一般选择被保护设备电压2-3倍，直流电路选取为 工作电压的1.8-2倍。 由于压敏制作时可能存在微小缺陷，或者当承受不同电流冲击，造成管芯的压敏电阻体 分布不均，一些部位电阻会降低，导致漏电流增加，最终导致薄弱点微融化，最终导致 老化。所以一般串接热熔点来避免。 压敏可串并联使用。 ②TVS TVS电路符号 TVS是一种限压型的过压保护器，它将过高的电压钳制至一个安全范围，藉以保护后 面的电路，有着比其它保护元件更快的反应时间，这使TVS可用在防护lighting、 switching、ESD等快速破坏性瞬态电压。 特点：可分为单双向，响应时间快、漏电流低、击穿电压误差小、箝位电压较易控制、 并且经过多次瞬变电压后，性能不下降，可靠性高，体积小、易于安装。缺点是能承受 的浪涌电流较小，且功率大的寄生电容也大，低电容的功率较小。适用于细保护或者二 级保护。 选型注意，单双向，电压，功率，电容都要考虑到。 单向TVS伏安特性双向TVS伏安特性 1.1.2开关型过压防护器具 ①气体放电管 GDT电路符号 气体放电管是一种陶瓷或玻璃封装的、内充低压惰性气体的短路型保护器件，一般分两电极和三电极两种结构。其基本的工作原理是气体放电。当极间的电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间的电压，使与气体放电管并联的其它器件得到保护。可分为二极和三极两种。 陶瓷气体放电管具有通流量大（KA级），漏电流小，寄生电容小等优点，缺点是其响应速度慢（μs级），动作电压精度低，有续流现象。适用于粗保护或者初级保护。 选型方法：min（UDC）≥1.25*1.15Up 1.25是安全余量，1.15是电源波动系数。 特性曲线 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。 保护电路1（短路保护篇） 特瑞士半导体株式会社 ■ 概要 用电压检测器（VD）来用作短路保护是不充分的。这是因为当VD输入端的待检测电压VIN低于VD的最低工作电压0.9V的时候，VD的输出（VOUT）变得不稳定。下面，介绍一种通过在IC周边回路增加器件，在输出完全短路的时候，能使IC停止工作的闭锁型短路保护电路。 ■ 特点 可实现完全短路保护。 配合XC9201系列（带限流机能）一起使用，可以强化电路保护的作用。 ■ 动作说明1 ●起动时（保护电路动作的延迟） 当CE_in被激活后，三极管1（Q1）会导通为了不使CE=0，设定电容1（C1）的值，使得三极管1（Q1）的VBE达到导通电压（约0.6V）的时间延迟在此期间，因为输出电压已经达到2V以上，三极管2（Q2）导通，三极管1（Q1）的基极-发射极之间短路，使得三极管1（Q1）维持在断开状态。 C1电压达到0.6V的时间设定必须比IC的软启动时间长。 <延迟时间的计算公式> ■ 动作说明2 ●输出检测时（输出短路） 输出电压（VOUT）短路时，因为电阻4-地（R4-GND）之间的电压也就是三极管2（Q2）的VBE下降到约0.6V以下，三极管2Q2）断开。这时，原本被三极管2（Q2）短路的电容1（C1）有电流流过，电容1（C1）-地（C1-GND）之间的电压缓缓上升。当电容1（C1）电压也就是三极管1（Q1）的VBE约等於0.6V 时，三极管1（Q1）打开，CE端被短路降为0V，IC停止工作。 <电压检测的常数计算> ■ 基本电路 ■ 电路使用例（降压电路） （注意） 由於双极型三极管是电流驱动型的器件，如果达不到一定的电流就不能正常工作。 交流plc技巧，提高知识水平，尽在plc网易电气交流QQ裙——13625626，电气朋友的家园 安阳师范学院本科学生毕业设计报告逆变器保护电路设计 作者秦文 系（院）物理与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 年级 2008级专升本 学号 081852080 指导教师潘三博 日期 2010.06.02 成绩 学生承诺书 本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期: 论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名: 导师签名: 日期: 逆变器保护电路设计 秦文 （安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳 455002） 摘要:本文针对SPWM逆变器工作中的安全性问题，阐述了如何利用电路实现保护复位和死区调节。在PWM三相逆变器中，由于开关管存在一定的开通和关断时间，为防止同一桥臂上两个开关器件的直通现象，控制信号中必须设定几个微秒的死区时间。尽管死区时间非常短暂，引起的输出电压误差较小，但由于开关频率较高，死区引起误差的叠加值将会引起电机负载电流的波形畸变，使电磁力矩产生较大的脉动现象，从而使动静态性能下降，降低了开关器件的实际应用效果，但是却对逆变器的安全运行意义重大。 关键词:保护电路；复位电路；死区调节 1 引言 在现在的系统中电力器件的应用也越来越广而与此同时对器件的保护也被认识了其重要性。电子器件很易被损坏，保护电路的要求也很苛刻。在工程应用中，为了使SPWM 逆变器安全地工作，需要有可靠的保护系统。一个功能完善的保护系统既要保证逆变器本身的安全运行，同时又要对负载提供可靠的保护。 随着电力电子技术的发展，功率器件如IGBT、MOSFET等广泛应用于PWM变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断时间，对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应。在电压型PWM逆变电路中，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源，它不但增加了系统的损耗，甚至还可能造成系统失稳。 随着电力电子技术的发展,逆变器主电路、控制电路发生了较大变化,其性能不断改善,当然,保护电路也应随之作相应完善。逆变器保护电路主要包括过压保护、过载(过流) 保护、过热保护等几个方面。 本文仅就保护复位电路与死区控制电路与的实现进行了分析和研究。 2 保护电路设计 较之电工产品，电力电子器件承受过电压、过电流的能力要弱得多，极短时间的过电压和过电流就会导致器件永久性的损坏。因此电力电子电路中过电压和过电流的保护装置是必不可少的，有时还要采取多重的保护措施。 2.1 死区控制电路的结构设计 死区控制电路的电路拓扑结构如图所示，其主要功能是确保主电路中的开关管S 1、S 2 不能同时导通。死区电路的波形图如图1所示，从图中可以明显地看出开关管S 1和S 2 的驱 动信号没有使S 1与 S 2 同时导通的重叠部分，这就是两个主开关管之间存在所谓的“死区”。 而通过改变HEF4528芯片的输出信号脉宽，就可以调节驱动信号的脉宽。（具体的方式是 通过改变HEF4528芯片的外接RC电路的参数值实现的，如图2所示）如图3所示R t 、C t 的值与输出脉宽的关系在本文中，选择电位器P2的阻值为10kΩ,电容C237的容值为103pF，因此由图3可知，输出信号的脉宽大约为10μs 。 保护电路设计方法- 过电压保护 2.过电压 保护 ⑴过电 压的产生 及抑制方 法 ①过电压产生的原因 对于IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD逆向恢复时，产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感，就产生了L di/dt电压（关断浪涌电压）。 这里，以IGBT关断时的电压波形为例，介绍产生原因和抑制方法，以具体电路（均适用IGBT/FWD）为例加以说明。 为了能观测关断浪涌电压的简单电路的图6中，以斩波电路为例，在图7中示出了IGBT关断时的动作波形。 关断浪涌电压，因IGBT关断时，主电路电流急剧变化，在主电路分布电感上，就会产生较高的电压。关断浪涌电压的峰值可用下式求出： V CESP=E d＋(-L dI c/dt) 式中dl c/dt为关断时的集电极电流变化率的最大值；V CESP为超过IGBT的C-E间耐压(V CES)以至损坏时的电压值。 ②过电压抑制方法 作为过电压产生主要因素的关断浪涌电压的抑制方法有如下几种： 1.在IGBT中装有保护电路（=缓冲电路）可吸浪涌电压。缓冲电路的电容，采用薄膜电容，并靠近IGBT 配置，可使高频浪涌电压旁路。 2.调整IGBT的驱动电路的V CE或R C，使di/dt最小。 3.尽量将电件电容靠近IGBT安装，以减小分布电感，采用低阻抗型的电容效果更佳。 4.为降低主电路及缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好，用铜片作接线效果更佳。 ⑵缓冲电路的种类和特 缓冲电路中有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓冲电路二类。 ①个别缓冲电路 为个别缓冲电路的代表例子，可有如下的缓冲电路 1.RC缓冲电路 2.充放电形RCD缓冲电路 3.放电阻止形RCD缓冲电路 表3中列出了每个缓冲电路的接线图。特点及主要用途。 表3 单块缓冲电路的接线圈特点及主电用途 常用集成电路速查表 AN115?锁相环调频立体声解码电路1 AN260?FM中频放大及AM高、中频放大电路2 AN262?音频前置放大电路3 AN278?FM中频放大电路4 AN360?低噪声音频前置放大电路5 AN362/AN362L?锁相环调频立体声解码电路6 AN366/AN366P?FM/AM中频及AM高频放大电路8 AN426510 AN5265?音频功率放大电路10 AN5270?音频功率放大电路11 AN5274?音频功率放大电路12 AN5743?音频前置及功率放大电路13 AN5836〖KG1]双声道音频前置放大电路14 AN6210?录/放音双声道音频前置放大电路15 AN6612S?电机稳速控制电路16 AN6650?微型电机速度控制电路17 AN6875?LED电平显示驱动电路18 AN6884?LED电平显示驱动电路19 AN7060?音频前置放大电路20 AN7085N5?单片录/放音电路21 AN7105?双声道音频前置及0 3W×2功率放大电路22 AN7106K?双声道音频功率放大电路23 AN7108?单片立体声放音电路24 AN7110?1 2W音频功率放大电路26 AN7120?音频功率放大电路27 AN7147N〖KG1]5 8W×2音频功率放大电路28 AN7161N?20W音频功率放大电路29 AN7168?双声道音频功率放大电路30 AN7169〖KG1]5 8W音频功率放大电路31 AN7178?双声道音频功率放大电路32 AN7222?FM/AM中频放大电路33 AN7273?FM/AM中频放大电路34 AN7310?双声道音频前置放大电路35 AN7311?双声道音频前置放大电路36 AN7312?具有ALC的双声道音频前置放大电路37 AN7338K?CD唱机声音效果处理电路38 AN7420?锁相环调频立体声解码电路39 AN8389SE1?CD唱机主轴和进给电机、聚焦和跟踪线圈伺服驱动电路40 AN8802CE1V?CD唱机电机伺服驱动电路41防反接保护电路
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