武汉轻工大学毕业设计（论文）外文参考文献译文本2014届原文出处DC Switching Power Supply Protection Technology毕业设计(论文)题目基于C51的模拟交通灯控制系统设计（硬件部分）院（系）电气与电子工程学院专业名称自动化学生姓名周玉学生学号100408322指导教师秦岭直流开关电源的保护技术摘要：讨论直流开关电源保护系统、保护系统的设计原则和机器保护措施,分析开关电源的保护的特点及其设计方法,介绍一些实用的保护电路。

关键字：开关电源保护电路系统设计一、引言直流开关稳压器使用的大功率开关器件价格昂贵,控制电路比较复杂；另外,开关稳压器的负载都是用大量的集成化程度很高的器件安装的电子系统。

晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差。

因而开关稳压器的保护应该兼顾稳压器本身和负载的安全。

保护电路的种类很多,这里介绍极性保护、程序保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护以及过热保护等电路。

通常选用几种保护方式组合,构成完善的保护系统。

二、极性保护直流开关稳压器的输入一般都是未稳压直流电源。

由于操作失误或者意外情况会将其极性接错,将损坏开关电源。

极性保护的目的,就是使开关稳压器仅当以正确的极性接上未稳压直流电源时才能工作。

利用单向导通的器件可以实现电源的极性保护。

由于二极管D要流过开关稳压器的输入总电流,因此这种电路应用在小功率的开关稳压器上比较合适。

在较大功率的场合,则把极性保护电路作为程序保护中的一个环节,可以省去极性保护所需的大功率二极管,功耗也将减小。

为了操作方便,便于识别极性正确与否,在二极管之后接指示灯。

三、程序保护开关稳压电源的电路比较复杂,可以分为小功率控制部分和大功率开关部分。

开关晶体管则属大功率，为保护开关晶体管在开启或关断电源时的安全,必须先让调制器、放大器等小功率的控制电路工作。

因此,要保证正确的开机程序。

开关稳压器的输入端一般接有小电感、大电容的输入滤波器。

在开机瞬间,滤波电容器会流过很大的浪涌电流,这个浪涌电流可以为正常输入电流的数倍。

这样大的浪涌电流会使普通电源开关的触点或继电器的触点熔化,并使输入保险丝熔断。

另外,浪涌电流也会损害电容器,使其寿命缩短。

因此,开机时应该接入一个限流电阻,通过这个限流电阻来对电容器充电。

为了不使该限流电阻消耗过多的功率，以至于影响开关稳压器的正常工作,而在开机暂态过程结束后，用一个继电器自动短接它,使直流电源直接对开关稳压器供电。

这种电路称为开关稳压器的“软启动”电路。

开关稳压器的控制电路中的逻辑组件或者运算放大器需用辅助电源供电。

为此,辅助电源必须先于开关电路工作。

这可用开机程序控制电路来保证。

一般的开机程序是:输入电源的极性鉴别,电压保护→开机程序电路工作→辅助电源工作并通过限流电阻 R对开关稳压器的输入电容器C充电→开关稳压器的调制电路工作，短路限流电阻→开关稳压器稳定工作。

在开关稳压器中,刚开机时,因为其输出电容容量大,充到额定输出电压值需要一定时间。

在这段时间内,取样放大器输入低的输出电压采样,根据系统闭环调节特性将迫使开关三极管的导通时间加长,这样一来,开关三极管就会在这段期间内趋于连续导通,而容易损坏。

为此,要求在开机这一段时间内,开关调制电路输出给开关三极管基极的脉宽调制驱动信号，能保证开关三极管由截止逐渐趋于正常的开关状态，故而要加设开机保护以配合软启动。

四、过电流保护当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大,发热,若没有过流保护装置,大功率开关三极管就有可能损坏。

故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。

最经济简便的方法是用保险丝。

由于晶体管的热容量小,普通保险丝一般不能起到保护作用,常用的是快速熔断保险丝。

这种方法具有保护容易的优点，但是,需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。

这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。

在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。

但是,根据开关稳压器的特点,这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管,而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令,去控制调制器以保护开关三极管。

为了实现过电流保护一般均需要用取样电阻串联在电路中,这会影响电源的效率,因此多用于小功率开关稳压器的场合。

而在大功率的开关稳压电源中,考虑到功耗，应尽量避免取样电阻的接入。

因此,通常将过电流保护转换为过、欠电压保护。

五、过电压保护开关稳压器的过电压保护包括输入过电压保护和输出过电压保护。

开关稳压器所使用的未稳压直流电源诸如蓄电池和整流器的电压如果过高,使开关稳压器不能正常工作,甚至损坏内部器件,因此,有必要使用输入过电压保护电路。

在该电路中，当输入直流电源的电压高于稳压二极管的击穿电压值时，稳压管击穿，有电流流过电阻R，使晶体管V导通，继电器动作，常闭接点断开，切断输入。

其中稳压管的稳压值Vs. = Earwax-UB E。

输入电源的极性保护电路可以跟输入过电压保护结合在一起,构成极性保护鉴别与过电压保护电路。

输出过电压保护在开关稳压电源中是至关重要的。

特别对输出为5V的开关稳压器来说,它的负载是大量的高集成度的逻辑器件。

如果在工作时,开关稳压器的开关三极管突然损坏,输出电位就可能立即升高到输入未稳压直流电源的电压值,瞬时造成很大的损失。

常用的方法是晶闸管短路保护。

当输出电压过高时,稳压管被击穿,触发晶闸管导通,把输出端短路,造成过电流,通过保险丝或电路保护器将输入切断,保护了负载。

这种电路的响应时间相当于晶闸管的开通时间，约为5～10μs。

它的缺点是动作电压是固定的，温度系数大，动作点不稳定。

另外，稳压管存在着参数的离散性，型号相同但过电压起动值却各不相同，给调试带来了困难。

六、欠电压保护输出电压低于规定值时，反映了输入直流电源、开关稳压器内部或者输出负载发生了异常。

输入直流电源电压下降到规定值之下时，会导致开关稳压器的输出电压跌落，输入电流增大，既危及开关三极管，也危及输入电源。

因此，要设欠电压保护。

当未稳压输入的电压值正常时，稳压管ZD击穿，晶体管V导通，继电器动作，触点吸合，开关稳压器加电。

当输入低于所允许的最低电压值时，稳压管ZD不通，V截止，触点跳开，开关稳压器不能工作。

开关稳压器内部，由于控制电路失常或者开关三极管失效会使输出电压下降；负载发生短路也会使输出电压下降。

特别在升压型或反相升压型的直流开关稳压器中欠电压的保护是跟过电流保护紧密相关的，因而更加重要。

实现方法是在开关稳压器的输出端接电压比较器。

正常时，比较器没有输出，一旦电压跌落在允许值之下比较器就翻转，驱动告警电路;同时反馈到开关稳压器的控制电路，使开关三极管截止或切断输入电源。

七、过热保护开关稳压器的高集成化和轻量小体积，使其单位体积内的功率密度大大提高，电源装置内部的元器件对其工作环境温度的要求也相应提高。

否则，会使电路性能变坏，元器件过早失效。

因此在大功率开关稳压器中应该设过热保护。

采用温度继电器来检测电源装置内部的温度，当电源装置内部产生过热时，温度继电器就动作，使整机告警电路处于告警状态，实现对电源的过热保护。

亦可将温度继电器置于开关三极管的附近，一般大功率管允许的最高管壳温度是75℃，调节温度整定值为60℃。

当管壳温度超过允许值后继电器就切断电器，对开关管进行保护。

半导体热敏开关器件“热晶闸管”在超温保护方面有重要作用。

它可以用作温度指示电路。

根据p型控制栅热晶闸管(TT102)的特性，由RT值确定该器件的导通温度，RT越大，导通温度越低。

当将其放置功率开关三极管附近，或在电源装置内时，它就能起到温度指示作用。

当功率管的管壳温度或者装置内部的温度超过允许值时，热晶闸管就导通，使发光二极管发亮告警。

倘若配合光电耦合器，就可使整机告警电路动作，保护开关稳压器。

它亦可以用作功率晶体管的过热保护，晶体开关管的基极电流被n 控制栅型热晶闸管TT201旁路，开关管截止，切断集电极电流,防止过热。

八、继电保护的未来发展继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。

1）计算机化随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。

原华北电力学院研制的微机线路保护硬件已经历了3个发展阶段：从8位单CPU结构的微机保护问世，不到5年时间就发展到多CPU结构，后又发展到总线不出模块的大模块结构，性能大大提高，得到了广泛应用。

华中理工大学研制的微机保护也是从8位CPU，发展到以工控机核心部分为基础的32位微机保护。

南京电力自动化研究院一开始就研制了16位CPU为基础的微机线路保护，已得到大面积推广，目前也在研究32位保护硬件系统。

东南大学研制的微机主设备保护的硬件也经过了多次改进和提高。

天津大学一开始即研制以16位多CPU 为基础的微机线路保护，1988年即开始研究以32位数字信号处理器(DSP)为基础的保护、控制、测量一体化微机装置，目前已与珠海晋电自动化设备公司合作研制成一种功能齐全的32位大模块，一个模块就是一个小型计算机。

采用32位微机芯片并非只着眼于精度，因为精度受A/D转换器分辨率的限制，超过16位时在转换速度和成本方面都是难以接受的；更重要的是32位微机芯片具有很高的集成度，很高的工作频率和计算速度，很大的寻址空间，丰富的指令系统和较多的输入输出口。

CPU的寄存器、数据总线、地址总线都是32位的，具有存储器管理功能、存储器保护功能和任务转换功能，并将高速缓存(Cache)和浮点数部件都集成在CPU内。

2）网络化电力系统对微机保护的要求不断提高，除了保护的基本功能外，还应具有大容量故障信息和数据的长期存放空间，快速的数据处理功能，强大的通信能力，与其它保护、控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力，高级语言编程等。

这就要求微机保护装置具有相当于一台PC机的功能。

在计算机保护发展初期，曾设想过用一台小型计算机作成继电保护装置。

由于当时小型机体积大、成本高、可靠性差，这个设想是不现实的。

现在，同微机保护装置大小相似的工控机的功能、速度、存储容量大大超过了当年的小型机，因此，用成套工控机作成继电保护的时机已经成熟，这将是微机保护的发展方向之一。

天津大学已研制成用同微机保护装置结构完全相同的一种工控机加以改造作成的继电保护装置。

这种装置的优点有：(1)具有486PC机的全部功能，能满足对当前和未来微机保护的各种功能要求。

(2)尺寸和结构与目前的微机保护装置相似，工艺精良、防震、防过热、防电磁干扰能力强，可运行于非常恶劣的工作环境，成本可接受。

(3)采用STD总线或PC总线，硬件模块化，对于不同的保护可任意选用不同模块，配置灵活、容易扩展。