电源一次侧保护电路优化方案

开关电源一次侧的保护电路主要有过电流保护电路、过电压保护电路、启动保护电路(即软启动电路)、尖峰脉冲吸收保护电路等。

1.过电流保护电路

过电流保护电路包括常规过电流保护电路、开关管过电流保护电路等。

(1)常规过电流保护电路

常规过电流保护电路是在交流输入电路中串联电源熔断器、限流电阻。当输入电压异常或电源电路中存在过电流、短路(如整流桥堆击穿、开关管击穿等)故障时,熔断器或限流电阻会熔断,切断电源输入电路,阻止故障进一步发展。限流电阻通常采用负温度系数热敏电阻,可防止浪涌电流对电路的冲击。有的电源板还在PFC电路的输出端串联一只限流电阻(采用负温度系数热敏电阻)。熔断器、限流电阻均属永久性过电流保护元件,在排除电路中的短路故障后,不能自行恢复工作,必须更换新的元器件。

(2)开关管过电流保护电路

开关管过电流保护电路基本上都采用电阻检测过电流,但也有少数采用电流互感器检测过电流。

图2-42所示是采用电阻检测过电流的保护电路。这种过电流保护电路是在开关管(包括电源开关管、PFC开关管)的源极串入过电流取样电阻(阻值为零点几欧,以避免对工作电路造成不利影响),该电阻上的电压降即反映了开关管源极电流的大小,取样电阻上的电压反馈到电源控制芯片或PFC控制芯片的过电流保护检测引脚(英文符号为CS、INES等)。当开关电源负载或二次侧整流滤波电路发生短路、漏电故障,造成开关管电流过大、过电流检测引脚电压超过设定值时,集成电路内部的保护电路动作,停止振荡或关断驱动脉冲输出。过电流保护电路元件变质,特别是过电流取样电阻的阻值增大,会引起过电流保护电路误保护,轻者会出现电源带负载能力差,严重时会导致电源不能工作。

图2-42 采用电阻检测过电流

对于工作电流很大的开关电源,不适合采取在输出电路中串联电阻的方法进行电流取样,往往采用电流互感器(变压器)进行电流取样。变压器取样损耗小、同时还有电压放大能力。图2-43所示就是采用电流互感器检测过电流的保护电路,图中,T2是串联在输出电路中的电流互感器,用于过电流取样。电流互感器的二次绕组与一次绕组的匝数比很大,可视为一个MOS源极电流取样放大器。T2的二次绕组产生的感应电压经VD1~VD4整流,再经R2限流和C1滤波后得到直流电压,送到开关电源控制芯片的过电流保护检测电压输入引脚。当输出电路中的电流过大时,输入到电源控制芯片的过电流保护检测电压升高到保护设定值时,开关电源芯片内部的保护电路动作,开关电源停止工作。

2.过电压、欠电压保护电路

大多数的电源控制芯片、PFC控制芯片的VCC供电引脚内部设有过电压、欠电压检测电路,对VCC供电电压进行监测。当VCC电压过高或过低时,内部保护电路动作,集成电路停止振荡或关闭开关管的激励脉冲输出。

也有部分电源控制芯片、PFC控制芯片有专门的欠电压保护检测引脚(英文符号为LUVP、MULTIN、BR等),该引脚通过分压电阻接在市电整流后的300V电压上或接在PFC输出电压上,监测市电整流后的300V电压(实质上是监视市电电压)或PFC输出电压。当市电电压或PFC输出电压过低时,欠电压保护检测引脚电压低于设定值,内部保护电路动作,集成电路停止振荡或关闭开关管的激励脉冲输出。图2-44a中,R1~R3与R5构成300V欠电压检测电路,R4与R5构成VCC电压检测电路,当300V电压或VCC电压降低或失电时,R5上分得的电压就会变低,输入到BR引脚的检测电压也降低,降低到一定程度后,集成电路内部保护电路动作。图2-44b所示是PFC欠电压保护电路,PFC电压经分压电阻R1~R3与R4分压,R4上分得的电压送入集成电路的欠电压检测引脚,当PFC电压降低时,输入到BO引脚的检测电压也降低,降低到一定程度后,集成电路内部保护电路动作。C1是抗干扰电容。

图2-43 采用电流互感器检测过电流

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图2-44 欠电压、失电保护电路

a)市电欠电压、VCC失电保护电路 b)PFC欠电压保护电路

维修提示 市电检测电路、PFC电压检测电路的分压电阻变值,抗干扰电容漏电,会引起电源欠电压(或失电)保护。市电整流、滤波电路开路也是引起欠电压保护的原因之一。

另外,为了防止电源线上可能出现的瞬间大脉冲干扰窜入电视机损坏元器件,常在电源线输入端并联一个压敏电阻,在市电电压高于250V时,压敏电阻击穿短路,使电源熔丝熔断,这样可避免电网电压波动造成开关电源损坏,从而保护后级电路。

3.启动保护电路

启动保护电路电路也称软启动电路,其作用是在每次开机时,限制开关脉冲的宽度,使开关管滞后导通,以免开关管因饱和时间过长而损坏,同时也可使自动稳压电路迅速进入工作状态。

启动保护电路如图2-45所示。电源控制芯片的COMP引脚为软启动/外接补偿电容端,C1是软启动延时电容,同时也是补偿电容。COMP引脚电压为0V时,芯片无驱动脉冲输出。当开机时,芯片得到VCC供电电压后,经内部电路给软启动引脚外接电容C1充电,软启动引脚电压慢慢升高,驱动脉冲的占空比可以慢慢变大,起到了软启动的效果。

维修提示 软启动延时电容漏电、击穿,电源不能启动。

4.尖峰脉冲吸收保护电路

由于开关变压器是感性器件,所以在开关管截止瞬间,其漏极上将产生尖峰极高的反峰高压,很容易使开关管过电压损坏,为此,通常在开关管的漏极设置了尖峰脉冲吸收保护电路,以吸收尖峰脉冲,保护开关管,如图2-46所示。图中,VD1、R1、C1组成尖峰脉冲吸收保护电路。

图2-45 启动保护电路(软启动电路)

图2-46 尖峰脉冲吸收保护电路

维修提示 当遇到不定期损坏开关管或电源厚膜电路故障时,需检查此电路中是否有元器件开路、损坏等。