数控用开关电源保护电路的实现

用负温度系数电阻组成的软启动保护电路， 简单实用， 工作可靠。如图1, 220 V 交流电经线圈L1滤波共模干扰后， 整流产生约三百伏左右直流电压， RT 电阻为负温度系数热敏电阻， 型号为M02-7Ω。当电源合闸瞬间， 浪涌电流使得热敏电阻发热， 阻值迅速减小， 输出直流电压逐渐建立， 可有效防止浪涌电流对电源电路的冲击， 使得整个电源半桥变换电路稳定可靠。

　　在开关电源启动时， 由于脉宽调制器尚未建立稳定的驱动脉冲， 需采取措施使得驱动脉冲逐渐建立起来， 该开关电源脉宽调制器采用性价比较高的脉宽调制器T L494。如图2, TL494 的第四脚为死区控制， 它既可以为变换功率管提供安全的死区时间控制， 也可以作为驱动芯片的软启动控制。开机瞬间， 电容器C1上未建立电压， + 5 V 通过电容C1 送TL494: 4 脚， 封锁脉宽调制器的输出脉冲。随着电容C1 两端电压逐渐升高， T L494: 4 脚电压逐渐下降， 驱动脉冲宽度逐渐展宽。当辅助电源+ 15 V 出现故障时， 三级管V1迅速导通， + 5 V 电压经三极管V1 送T L494: 4 脚， 切断驱动脉冲， 使开关电源停止工作而不致损坏。

         ( 2) 过压保护电路 

　　通常的数字信号处理电路大多采用TT L 或CMOS 系列的集成门电路。对于T TL 集成门电路，往往工作电压不能大于5. 5 V。该数控系统开关电源输出有多路， 有+ 5 V, + 15 V, - 15 V, + 24 V 等多路输出， 在开关电源系统中， 对主变换电压+ 5 V 进行过压保护， 具体电路见图3。

　　工作原理： 数控开关电源由辅助电源+ 15 V 提供给可控硅V4管阳极工作电压， 实际输出取样电压送至稳压管V5 , 当超出保护电压阈值+ 5. 5 V 时， 输出电压经稳压管、电阻R3 、R4 分压触发可控硅V4 导通， 将辅助电源+ 15 V 通过电阻R1接地， 同时通过二极管V2切断8 脚电源。调节RP 电位器， 可以对输出电压保护阈值点进行设置。

　　( 3) 过流保护电路

　　本开关电源过流保护电路的工作原理见图4。变压器T 1原边串接在开关电源主变压器原边回路中， 通过实验选择合理的变压器原副边匝数比， 感应开关电源变换时的原边电流值， 经二极管V1 ~ V4 整流， R1、C1 滤波后送电位器RP。原边电流越大， 电流取样变压器整流出的电压越大， 电位器RP 中心点电压越低，TL494: 2 脚电压随之下降， 使得TL494: 3 脚电压升高， 送入脉宽调制器， 将T L494 驱动脉冲宽度逐渐减少， 从而得到过流保护的目的。图中电容C4、C5、R10为TL494 误差放大器的反馈元件， 使得放大电路稳定可靠。

　　( 4) 欠压保护电路

　　利用+ 5 V 及PF ( POWER FAIL) 信号进行比较， 在+ 5 V 掉电时， PF 信号至少需维持10 ms 时间，以便存储相关信息。欠压保护电路如图5 所示。

        2 保护电路调试与实现

　　( 1) 软启动电路调试

　　热敏电阻软启动电路， 可用电烙铁对负温度系数热敏电阻贴近进行烘烤， 用万用表测量其电阻值变化，同时计时并估算其电阻变化率， 进行初步检验。将不同阻值的热敏电阻分别装入电路， 用示波器高压探头测试开机时整流电路输出的高压波形， 比较其电压建立时间， 从而选择合适的负温度系数热敏电阻。

　　( 2) 过压保护电路调试

　　过压保护电路中的可控硅触发电路要求： 1) 触发时要求能供出足够的触发电压和电流。2) 不触发时， 触发端电压应小于0. 15 V ~ 0. 2 V, 为防止误触发， 一般宜加1~ 2 V 的负偏压。3) 触发脉冲的上升前沿要陡， 最好在10us 以下， 使触发电压准确。4) 触发脉冲必须有足够的宽度， 因可控硅的开通时间一般在6us 以下， 故脉冲宽度应大于6us, 最好有20us~ 50us。

　　过压保护电路调试： 将输出电压逐渐调至5. 5 V,用万用表测试可控硅的触发极电压， 同时用示波器观察驱动芯片TL494: 8 脚、11 脚波形， 调节过压保护多圈电位器RP, 直到保护电路动作， 驱动波形消失为止， 此时保持多圈电位器RP 旋钮位置不变。逐渐调低输出电压， 保护电路因可控硅不触发而不动作。如再调高输出电压至5. 5 V, 保护电路将动作， 反复试验， 直至保护电路工作稳定可靠。

　　( 3) 过流保护电路调试

过流保护电路选择高频铁氧体磁芯EE12, 原边电感量为0. 013 mH, 副边电感量为0. 74 mH 。该开关电源+ 5 V 最大输出电流为25 A, 截取直径为 1. 2mm 的漆包线一段， 量取其电阻值为0. 2Ω , 将此模拟负载接在电路中， 测量过流整流输出电压Ui, 调整过流保护多圈