1 前言
研發(fā)任何開關(guān)電源，最重要的一個(gè)原則就是這個(gè)電源必須是安全可靠的。本文通過(guò)兩款對(duì)蓄電池充電的開關(guān)電源的研制，研究了一系列提高開關(guān)電源可靠性的電路。開關(guān)電源的保護(hù)電路結(jié)構(gòu)非常的多樣化，在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該針對(duì)具體電路選擇合適有效的保護(hù)方案，從而在簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)和降低成本的考慮中更好的實(shí)施保護(hù)。本文著重研究了的電路是：軟啟動(dòng)電路；硬件消除開關(guān)機(jī)抖動(dòng)干擾電路；輸入、輸出過(guò)流保護(hù)電路；輸入、輸出過(guò)壓保護(hù)電路。最后，通過(guò)對(duì)這兩款開關(guān)電源的反復(fù)測(cè)試，驗(yàn)證了上述電路的可行性及其對(duì)提高開關(guān)電源可靠性的貢獻(xiàn)。
2 軟啟動(dòng)電路
本開關(guān)電源的輸入電路，采用整流加電容濾波電路。在輸入電路合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零會(huì)形成很大的瞬時(shí)沖擊電流。特別是兩款對(duì)蓄電池充電的開關(guān)電源是大功率開關(guān)電源，輸入采用較大容量的濾波電容器，其沖擊電流可達(dá)100A 以上。在電源接通瞬間，如此大的沖擊電流幅值往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷，有時(shí)甚至將合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，輕者也會(huì)使空氣開關(guān)合不上閘，上述原因均會(huì)造成開關(guān)電源無(wú)法正常投入使用。為此，本開關(guān)電源在輸入電路里設(shè)置了防止沖擊電流的軟起動(dòng)電路，以保證開關(guān)電源正常而 可靠的運(yùn)行。具體電路見圖1。
如上圖所示，本開關(guān)電源的軟啟動(dòng)主要由溫敏電阻R1 實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為MF74-10/18，其特點(diǎn)是隨著電流和溫度的升高阻值急劇下降，在基準(zhǔn)溫度25℃時(shí)（此時(shí)施加電流為0A）測(cè)得的電阻值約為10Ω，而在環(huán)境溫度為25℃且施加在電阻器上的電流為允許的最大連續(xù)穩(wěn)態(tài)電流時(shí)，其阻值約為0.055Ω。當(dāng)電源輸入電路合閘時(shí)，R1 電阻為10Ω，相當(dāng)于輸入整流后的電路通過(guò)該電阻給后面大電容充電。而當(dāng)電路正常工作時(shí)，該電阻的阻值可以忽略不計(jì)，對(duì)整個(gè)電路沒(méi)有影響。
3 硬件消除開關(guān)機(jī)抖動(dòng)干擾電路
在本電源中，我們采用機(jī)械式開關(guān)構(gòu)成觸點(diǎn)輸入回路，通過(guò)開關(guān)的閉合或斷開，以電平的形式控制設(shè)備的工作狀態(tài)。由于開關(guān)閉合或斷開時(shí)，觸點(diǎn)有機(jī)械抖動(dòng)，使輸出信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)，即開關(guān)一次閉合或斷開的動(dòng)作產(chǎn)生多個(gè)脈沖。該信號(hào)會(huì)導(dǎo)致誤開機(jī)動(dòng)作，而此時(shí)，相應(yīng)的軟啟動(dòng)電路沒(méi)有恢復(fù)，因此極易產(chǎn)生損毀IGBT 的后果。這種開關(guān)量輸入干擾的問(wèn)題是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中客觀存在的，本文在對(duì)開關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)過(guò)程分析的基礎(chǔ)上并結(jié)合多次實(shí)驗(yàn)，研究出硬件電路消除抖動(dòng)干擾的方法，具體電路見圖2。
在該電路中，采用RS 觸發(fā)器來(lái)消除開關(guān)抖動(dòng)。如圖中所示，+15V-IC 接受開關(guān)控制信號(hào)，其值為高電平的話，電源控制芯片供電，電源開始工作；低電平則為關(guān)機(jī)。POWERPOWEROFF是控制硬件的驅(qū)動(dòng)PWM 信號(hào)，只有POWER-OFF 為高時(shí)，PWM 才能被驅(qū)動(dòng)從而控制IGBT 動(dòng)作。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，+15V-IC 變?yōu)榈碗娖?，電阻R45 下拉MG6A(CD4044)R 輸入端，保證Q 端（POWER-OFF）輸出邏輯低電平，關(guān)閉PWM 驅(qū)動(dòng)。開關(guān)抖動(dòng)僅僅在S 輸入端產(chǎn)生一個(gè)邏輯高輸入，不會(huì)引起Q端輸出狀態(tài)的改變，這是因?yàn)镽 輸入端的下拉電阻保證R 端低電平輸入。
4 輸入和輸出過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)電路
4.1 輸入、輸出過(guò)流保護(hù)電路具體輸入、輸出過(guò)流保護(hù)電路見圖3。
如圖3 所示， 出于隔離的需要， 采用了電流傳感器BJHCS-LTS-15A 采集輸入、輸出電流，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定保護(hù)值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)RS 觸發(fā)器輸出端，輸出邏輯高電平去關(guān)斷PWM 輸出。
4.2 輸入、輸出過(guò)壓保護(hù)電路
具體輸入、輸出過(guò)壓保護(hù)電路見圖4。
如圖4 所示，當(dāng)采集的輸入、輸出電壓超過(guò)設(shè)定保護(hù)值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)RS 觸發(fā)器輸出端輸出邏輯高電平去關(guān)斷PWM 輸出。
5 結(jié)論
本文闡述了一些提高開關(guān)電源可靠性的電路。主要是：軟啟動(dòng)電路；硬件消除開關(guān)機(jī)抖動(dòng)干擾電路；輸入和輸出過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)電路。在兩款可快速對(duì)34V/300Ah 蓄電池充電的開關(guān)電源樣機(jī)研制中，均采用了上述電路。經(jīng)過(guò)對(duì)這兩款電源反復(fù)老化試驗(yàn)，得出該電源能很好實(shí)現(xiàn)對(duì)大容量蓄電池可靠充電的結(jié)論，從而驗(yàn)證了上述電路對(duì)提高電源可靠性的貢獻(xiàn)。