1、復合型:將多種保護符合起來.

　　2、限功率型:限定輸出的總功率

　　3、回卷型:初始電流恒定不變,電壓下降到一定數(shù)值電流開始減小.

　　4、打隔型:過流后,電流電壓下降到0,然后又開始上升,周而復始.

　　5:恒流行:電流恒定不變,電壓下降

　　壓器初級電壓220V，次級電壓16V，次級電流1.5A， 次級異常時的初級電流約350mA，10分鐘之內(nèi)應進入保護狀態(tài)，變壓器工作環(huán)境溫度-10 ~ 40 ℃，正常工作時溫升15 ~ 20 ℃， PTC熱敏電阻器靠近變壓器安裝，請選定一PTC熱敏電阻器用于初級保護。

　　1.確定最大工作電壓

　　已知變壓器工作電壓220V，考慮電源波動的因素，最大工作電壓應達到220V×（1+20%）=264V

　　PTC熱敏電阻器的最大工作電壓選265V。

　　2.確定不動作電流

　　經(jīng)計算和實際測量，變壓器正常工作時初級電流125mA，考慮到PTC熱敏電阻的安裝位置的環(huán)境溫最高可達60 ℃，可確定不動作電流在60 ℃時應為130~ 140mA。

　　3.確定動作電流

　　考慮到PTC熱敏電阻器的安裝位置的環(huán)境溫度最低可達到-10 ℃或25℃， 可確定動作電流在 -10 ℃或25℃時應為340~ 350mA，動作時間約5分鐘。

　　4.確定額定零功率電阻R25

　　PTC熱敏電阻器串聯(lián)在初級中，產(chǎn)生的電壓降應盡量小，PTC熱敏電阻器自身的發(fā)熱功率也應盡量小，一般PTC熱敏電阻器的壓降應小于總電源的1%，R25經(jīng)計算：

　　220V × 1% ÷0.125A=17.6 Ω

　　5.確定最大電流

　　經(jīng)實際測量，變壓器次級短路時， 初級電流可達到500mA， 如果考慮到初級線圈發(fā)生部分短路時有更大的電流通過，PTC熱敏電阻器的最大電流確定在1A以上。

　　6. 確定居里溫度和外形尺寸

　　考慮到PTC熱敏電阻器的安裝位置的環(huán)境溫最高可達60 ℃， 選擇居里溫度時在此基礎上增加40 ℃， 居里溫度為100 ℃，但考慮到低成本， 以及PTC熱敏電阻器未安裝在變壓器線包內(nèi)， 其較高的表面溫度不會對變壓器產(chǎn)生不良作用，故居里溫度可選擇120 ℃，這樣PTC熱敏電阻器的直徑可減小一檔，成本可以下降。

　　7.確定PTC熱敏電阻器型號

　　根據(jù)以上要求，查閱我們公司的規(guī)格表，選定MZ11-10P15RH265

　　即: 最大工作電壓265V， 額定零功率電阻值15Ω± 25%，不動作電流140 mA，動作電流350 mA，最大電流1.2A，居里溫度120 ℃，最大尺寸為?11.0mm。

　　電源作為一切電子產(chǎn)品的供電設備，除了性能要滿足供電產(chǎn)品的要求外，其自身的保護措施也非常重要，如過壓、過流、過熱保護等。一旦電子產(chǎn)品出現(xiàn)故障時，如電子產(chǎn)品輸入側(cè)短路或輸出側(cè)開路時，則電源必須關閉其輸出電壓，才能保護功率MOSFET和輸出側(cè)設備等不被燒毀，否則可能引起電子產(chǎn)品的進一步損壞，甚至引起操作人員的觸電及火災等現(xiàn)象，因此，開關電源的過流保護功能一定要完善。

　　1 開關電源中常用的過流保護方式

　　過電流保護有多種形式，如圖1所示，可分為額定電流下垂型，即字型；恒流型；恒功率型，多數(shù)為電流下垂型。過電流的設定值通常為額定電流的110％～130％。一般為自動恢復型。

　　圖1中①表示電流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。

　　1.1 用于變壓器初級直接驅(qū)動電路中的限流電路

　　在變壓器初級直接驅(qū)動的電路（如單端正激式變換器或反激式變換器）的設計中，實現(xiàn)限流是比較容易的。圖2是在這樣的電路中實現(xiàn)限流的兩種方法。

　　圖2電路可用于單端正激式變換器和反激式變換器。圖2（a）與圖2（b）中在MOSFET的源極均串入一個限流電阻Rsc，在圖2（a）中，Rsc提供一個電壓降驅(qū)動晶體管S2導通，在圖2（b）中跨接在Rsc上的限流電壓比較器，當產(chǎn)生過流時，可以把驅(qū)動電流脈沖短路，起到保護作用。

　　圖2（a）與圖2（b）相比，圖2（b）保護電路反應速度更快及準確。首先，它把比較放大器的限流驅(qū)動的門檻電壓預置在一個比晶體管的門檻電壓Vbe更精確的范圍內(nèi)；第二，它把所預置的門檻電壓取得足夠小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取樣電阻Rsc的值取得較小，這樣就減小了功耗，提高了電源的效率。

　　當AC輸入電壓在90～264V范圍內(nèi)變化，且輸出同等功率時，則變壓器初級的尖峰電流相差很大，導致高、低端過流保護點嚴重漂移，不利于過流點的一致性。在電路中增加一個取自＋VH的上拉電阻R1，其目的是使S2的基極或限流比較器的同相端有一個預值，以達到高低端的過流保護點盡量一致。

　　1.2 用于基極驅(qū)動電路的限流電路

　　在一般情況下，都是利用基極驅(qū)動電路把電源的控制電路和開關晶體管隔離開來。變換器的輸出部分和控制電路共地。限流電路可以直接和輸出電路相接，其電路如圖3所示。在圖3中，控制電路與輸出電路共地。工作原理如下：

　　電路正常工作時，負載電流IL流過電阻Rsc產(chǎn)生的壓降不足以使S1導通，由于S1在截止時IC1=0，電容器C1處于未充電狀態(tài)，因此晶體管S2也截止。如果負載側(cè)電流增加，使IL達到一個設定的值，使得ILRsc=Vbe1＋Ib1R1，則S1導通，使電容器C1充電，其充電時間常數(shù)τ=R2C1，C1上充滿電荷后的電壓是VC1=Ib2R4＋Vbe2。在電路檢測到有過流發(fā)生時，為使電容器C1能夠快速放電，應當選擇R4?R3。R2的選用原則為Ib1max=（Vin－Vbe1)/R1，IC1=β×Ib1max，則R2≥（Vin－Vcesat1）R1/（V1－Vbe1）。如果參數(shù)設計正確，由VC1所產(chǎn)生的偏壓足以使S2快速進入導通狀態(tài)，通過S2的集電極輸出可以進一步關閉PWM的驅(qū)動信號。當過載現(xiàn)象解除后，電路可以自動恢復到正常工作狀態(tài)。

　　1.3 無功率損耗的限流電路

　　上述兩種過流保護比較有效，但是Rsc的存在降低了電源的效率，尤其是在大電流輸出的情況下，Rsc上的功耗就會明顯增加。圖4電路利用電流互感器作為檢測元件，就為電源效率的提高創(chuàng)造了一定的條件。

　　圖4電路工作原理如下：利用電流互感器T2監(jiān)視負載電流IL，IL在通過互感器初級時，把電流的變化耦合到次級，在電阻R1上產(chǎn)生壓降。二極管D3對脈沖電流進行整流，經(jīng)整流后由電阻R2和電容C1進行平滑濾波。當發(fā)生過載現(xiàn)象時，電容器C1兩端電壓迅速增加，使齊納管D4導通，驅(qū)動晶體管S1導通，S1集電極的信號可以用來作為電源變換器調(diào)節(jié)電路的驅(qū)動信號。

　　電流互感器可以用鐵氧體磁芯或MPP環(huán)型磁芯來繞制，但要經(jīng)過反復實驗，以確保磁芯不飽和。理想的電流互感器應該達到匝數(shù)比是電流比。通?；ジ衅鞯腘p=1，Ns=NpIpR1/(Vs＋VD3)。具體繞制數(shù)據(jù)最后還要經(jīng)過實驗調(diào)整，使其性能達到最佳狀態(tài)。

　　1.4 用555做限流電路

　　圖5為555集成時基電路的基本框圖。

　　555集成時基電路是一種新穎的、多用途的模擬集成電路，有LM555，RCA555，5G1555等，其基本性能都是相同的，用它組成的延時電路、單穩(wěn)態(tài)振蕩器、多諧振蕩器及各種脈沖調(diào)制電路，用途十分廣泛，也可用于直接變換器的控制電路。

　　圖4

　　555時基電路由分壓器R1、R2、R3，兩個比較器，R?S觸發(fā)器以及兩個晶體管等組成，電路在5～18V范圍內(nèi)均能工作。分壓器提供偏壓給比較器1的反相輸入端，電壓為2Vcc/3，提供給比較器2的同相輸入端電壓為Vcc/3，比較器的另兩個輸入端腳2、腳6分別為觸發(fā)和門限，比較器輸出控制R?S觸發(fā)器，觸發(fā)器輸出供給輸出級以及晶體管V1的基極。當觸發(fā)器輸出置高時，V1導通，接通腳7的放電電路；當觸發(fā)器輸出為低時，V1截止，輸出級提供一個低的輸出阻抗，并且將觸發(fā)器輸出脈沖反相。當觸發(fā)器輸出置高時，腳3輸出的電壓為低電平，觸發(fā)器輸出為低時，腳3輸出的電壓為高電平。輸出級能夠提供的最大電流為200mA，晶體管V2是PNP管，它的發(fā)射極接內(nèi)部基準電壓Vr，Vr的取值總是小于電源電壓Vcc，因此，若將V2的基極（腳4復位）接到Vcc上，V2的基—射極為反偏，晶體管V2截止。

　　圖5

　　圖6為用555做限流保護的電路，其工作原理如下：UC384X與S1及T1組成一個基本的PWM變換器電路。UC384X系列控制IC有兩個閉環(huán)控制回路，一個是輸出電壓Vo反饋至誤差放大器，用于同基準電壓Vref比較之后產(chǎn)生誤差電壓（為了防止誤差放大器的自激現(xiàn)象產(chǎn)生，直接把腳2對地短接）；另一個是變壓器初級電感中的電流在T2次級檢測到的電流值在R8及C7上的電壓，與誤差電壓進行比較后產(chǎn)生調(diào)制脈沖的脈沖信號。當然，這些均在時鐘所設定的固定頻率下工作。UC384X具有良好的線性調(diào)整率，能達到0.01％/V；可明顯地改善負載調(diào)整率；使誤差放大器的外電路補償網(wǎng)絡得到簡化，穩(wěn)定度提高并改善了頻響，具有更大的增益帶寬乘積。UC384X有兩種關閉技術；一是將腳3電壓升高超過1V，引起過流保護開關關閉電路輸出；二是將腳1電壓降到1V以下，使PWM比較器輸出高電平，PWM鎖存器復位，關閉輸出，直到下一個時鐘脈沖的到來，將PWM鎖存器置位，電路才能重新啟動。電流互感器T2監(jiān)視著T1的尖峰電流值，當發(fā)生過載時，T1的尖峰電流迅速上升，使T2的次級電流上升，經(jīng)D1整流，R9及C7平滑濾波，送到IC1的腳3，使IC1的腳1電平下降（注意：接IC1腳1的R3，C4必須接成開環(huán)模式，如接成閉環(huán)模式則過流時555的腳7放電端無法放電）。IC1的腳1與IC2的腳6相連接，使IC2的比較器1同相輸入端的電壓降低，觸發(fā)器Q輸出高電平，V1導通，IC2的腳7放電，使IC1的腳1電平被拉低于1V，則IC1輸出關閉，S1因無柵極驅(qū)動信號而關閉，使電路得到保護。若過流不消除，則重復上述過程，IC1重新進入啟動、關閉、再啟動、再關閉的循環(huán)狀態(tài)，即“打嗝”現(xiàn)象。而且，過負載期間，重復進行著啟振與停振，但停振時間長，啟振時間短，因此電源不會過熱，這種過負載保護稱為周期保護方式（當輸入端輸入電壓變化范圍較大時，仍可使高、低端的過流保護點基本相同）。其振蕩周期由555單穩(wěn)多諧振蕩器的RC時間常數(shù)τ決定，本例中τ=R1C1，直到過載現(xiàn)象消失，電路才可恢復正常工作。電流互感器T2的選擇同1.3的互感器計算方法。

　　圖6

　　圖6電路，可以用在單端反激式或單端正激式變換器中，也可用在半橋式、全橋式或推挽式電路中，只要IC1有反饋控制端及基準電壓端即可，當發(fā)生過流現(xiàn)象時，用555電路的單穩(wěn)態(tài)特性使電路工作在“打嗝”狀態(tài)下。

　　1.5 幾種過流保護方式的比較

　　幾種過流保護方式的比較如表1所列。

　　表1 幾種過流保護方式的比較

　　2 結(jié)語

　　作者經(jīng)過長期的研發(fā)與生產(chǎn)，比較了開關電源中所使用的各種過流保護方法，可以說，幾乎沒有一種過流保護方式是萬能的，只有用555的保護方式性能價格比是較好的。一般來說，選擇何種過流保護方式，都要結(jié)合具體的電路變換模式而做出相應的選擇。只有經(jīng)過認真的分析，大量的實驗才能找到最適合的過流保護方式。保護方式設計的合理、有效，意味著產(chǎn)品的可靠性才可能更高。

　　可控硅整流裝置不論在電力系統(tǒng)還是在現(xiàn)代工業(yè)的各行各業(yè)中已得到廣泛應用。如冶金行業(yè)中，應用于金屬冶煉；化工行業(yè)中，應用于電解、電鍍；在電力系統(tǒng)中，既可作為系統(tǒng)控制、保護的工作電源，同是又可作為蓄電池的充電裝置?？煽毓枵餮b置要安全運行，必須有可靠的保護措施。在整流裝置過載或者輸出短路時，保護措施能起到安全保護作用，使裝置不受損壞。我們把這種保護功能，歸結(jié)為限流保護和過流保護。這兩種保護是否可靠，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，代表著產(chǎn)品的水平。

　　1 可控硅整流裝置的控制原理

　　1.1可控硅整流裝置的開環(huán)控制

　　以三相全控橋為例，可控硅整流裝置的輸出電壓Ud與可控硅控制角α之間的關系如下：

　　Ud=1.35Uzlcosα

　　式中：Ud—可控硅整流裝置輸出電壓；Uzl—整流變壓器二次側(cè)線電壓；α—可控硅控制角。

　　由上式可以看出，可控硅整流裝置的輸出電壓與可控硅控制角α有關系。在如圖1中α實際上由控制電壓Uy決定，即當Uy增加時，α增大，則Ud減小；當Uy減小時，α減小，則Ud增大。所以調(diào)節(jié)Uy的大小，可以控制整流裝置的輸出電壓值。這便構(gòu)成了整流裝置的開環(huán)控制。

　　1.2可控硅整流裝置的閉環(huán)控制

　　整流裝置的輸出通過調(diào)節(jié)單元，來控制Ud這一過程便構(gòu)成了可控硅整流裝置的閉環(huán)控制。如圖2所示。圖中的調(diào)節(jié)單元為整個控制系統(tǒng)的核心，這個調(diào)節(jié)單元設計的如何，決定著整流裝置能否正常工作。

　　1.3調(diào)節(jié)單元

　　調(diào)節(jié)單元的構(gòu)成及原理如圖3所示。圖中Uvf為裝置Uif為裝置輸出電壓或電流反饋信號。當只有電壓反饋Uvf時，整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下；當只有電流反饋UIf時，裝置工作在恒流狀態(tài)下。R1、R3、R5、C、N構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器輸出Uy與電壓反饋Uvf之間的關系為：

　　由式中可以看出，Uvf決定Uy，從而決定整流裝置的輸出電壓Ud，這樣就構(gòu)成了一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這一調(diào)節(jié)單元的加入，使整流裝置自動工作在恒壓或恒流狀態(tài)。

　　當電網(wǎng)波動或整流裝置負載變化而引起整流裝置輸出電壓高于輸出整定值時，電壓反饋Uvf升高，Uy也升高，則控制角α增大。由整流裝置輸出電壓公式可以看出，Ud相應減小，控制角α減小，使Ud增大，以達到整定值。通過這種自動調(diào)節(jié)，使整流裝置達到穩(wěn)定電壓的目的。整流裝置處于恒流工作狀態(tài)時，其調(diào)節(jié)過程與恒壓狀態(tài)的調(diào)節(jié)過程原理相同，這里不再贅述。

　　RP1為整流裝置輸出電壓或電流值的設置電位器，通過RP1的調(diào)整，使裝置輸出一定的電壓或電流值。

　　2 限流保護

　　限流保護是在整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下所加入的一種保護措施。當整流裝置輸出電流超過額定值時，這種保護能使整流裝置的輸出電壓降低，并使裝置繼續(xù)運行，如圖4所示。

　　電流反饋信號Uif經(jīng)過運算放大器放大，再經(jīng)過反相器倒相后，與電壓反饋信號Uvf通過選通電路相迭加在一起，做為PI調(diào)節(jié)器的輸入。這里UIfˊ=R7/R5（R2/R1•Uif+R2/R3?URP1）

　　運算放大器N1與反相器N2完成電流反饋信號的放大作用。電路應該這樣設計和調(diào)整，當整流裝置輸出電流超出輸出電流額定值，即|UIf|>|URP1|時，保證UIFˊ>Uvf；當整流裝置輸出電流低于輸出電流額定值即|UIf|

　　當UIFˊ>時，Uˊ=UIFˊ-Uv2

　　當UIFˊ

　　Uv1—二極管V1的管壓降，Uv2—二極管V2的管壓降。

　　綜上所述，電流反饋與電壓反饋經(jīng)選通電路后，保證只有一個信號作為PI調(diào)節(jié)器的輸入。也就是說，當整流裝置輸出電流超出電流額定值時，則只有電流反饋作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，那么整流裝置處于恒流工作狀態(tài)。當整流裝置輸出電流低于電流額定值時，只有電壓反饋作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，則整流裝置工作在恒壓狀態(tài)下。

　　由此可見，整流裝置只有加入限流保護后，在超負荷運行時，電流能受到有效的抑制，元件不會被損壞，裝置能得到可靠的保護。

　　在實際工作中，用于給蓄電池充電的整流裝置，就經(jīng)常工作在限流狀態(tài)下。比如，在為蓄電池恒壓充電時，由于電池初始電壓很低，整流裝置的輸出電壓與電池端電壓之間的壓差較大，則充電電流很大，超出整流裝置輸出的額定電流，但由于整流裝置中設有限流作用，裝置便可在額定輸出狀態(tài)下恒流運行，隨著電池電壓的上升，使整流裝置逐步脫離限流環(huán)節(jié)，自動轉(zhuǎn)為恒壓工作狀態(tài)。圖5給出了整流裝置在為蓄電池充電時的電壓、電流與時間的關系曲線。

　　3? 過流保護

　　用在可控硅整流裝置中的過流保護方式很多，如快速熔斷器保護、快速電流繼電器保護、自動空氣斷路器保護和電子回路保護等。根據(jù)多年的實際經(jīng)驗，我們采用電子回路作整流裝置的過流保護措施，其原理見圖6所示。

　　可控硅觸發(fā)脈沖是由一個電平信號Uk來控制，當Uk為“1”電平時，可控硅觸發(fā)脈沖關斷，則整流裝置輸出為0。當Uk為“0”電平時，可控硅觸發(fā)脈沖正常輸出，則整流裝置輸出電壓為Ud。

　　圖6中，R1，R2，N組成比較器，通過RP1來設置過流保護值；V1為鉗位二極管，Uk為可控硅觸發(fā)脈沖輸出的控制信號。當整流裝置輸出電流超出額定值的20%時，電流反饋UIF>URP1，則比較器輸出為“0”電平，使三極管V2截止，此時Uk為“1”電平，使整流裝置輸出電壓為0。鉗位二極管V1保證系統(tǒng)在出現(xiàn)過流時，比較器輸出電位為“0”電平，使整流裝置可靠關斷。

　　這種過流保護電路的設計，確保了在整流裝置輸出正負極短路時，不致于損壞裝置中的任何元件。實踐證明，這種電路工作極為可靠。

　　4 結(jié)語

　　限流、過流保護在可控硅整流裝置中的完善，使整流裝置運行起來更加安全可靠。這種保護措施不僅適用于可控硅整流裝置，而且同樣適用于開關電源和其它直流穩(wěn)壓裝置，在電力系統(tǒng)中，為無人職守提供了可能，并為全自動整流裝置的誕生奠定了基礎。