模块电源--开关电源的欠压保护
保护电路的设计,无疑是电源设计中一个非常重要的环节,它对于提高电源工作的安全可靠性、延长电源的使用寿命都起着十分重要的作用。在设计保护电路时,一方面要保证其功能完善,工作稳定可靠;另一方面应力求简单明了,避免繁复。本文介绍的开关电源欠压保护电路,欠压检测与反馈控制合用同一只光耦,可以对电源输出欠压作出准确灵敏的反应并充分利用了3842自身的电路特点,使用简单的阻容元件实现了欠压保护电路的自动恢复功能。
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3842的工作原理已为大家所熟知,本文在此不作重复介绍。值得注意的是3842误差放大器的输出结构,在2脚接地时,误差放大器会完全截止,不再吸入电流,这就使3842的应用具有了一定的灵活性。图1、图2是两种常用的3842控制电路。图1是标准的3842控制电路,误差放大器的
图1 3842控制电路一
补偿电路Zi和Zf可以为控制回路提供必要的零极点补偿,通过对控制回路传递函数的校正,使电源的动态响应得到改善。在图2所示的控制电路中,由于2脚接地,3842的误差放大器始终处于截止状态,PWM比较器的比较电压直接由反馈光耦控制,这种控制方法简单易行,也可避免
图2 3842控制电路二
止状态,PWM比较器的比较电压直接由反馈光耦控制,这种控制方法简单易行,也可避免因误差放大器补偿不当造成的电源工作不稳定,在电源设计中也获得了广泛应用。本文所介绍的开关电源欠压保护电路就是基于这种控制模式设计的。以3842单端反激电源为例,当电源供电电压过低或电源输出端过载、短路时,电源的初级电流都会大幅度增加,由于采样电阻Rs的限流作用,使得电源的工作占空比缩小,输出电压下降,电源处于非正常工作状态。特别是当输出端短路时,变压器中磁通的释放能力近似为零,随着磁通的积累,变压器将处于磁饱和状态。在初级功率管导通时,供电电压几乎全部加在功率管上,虽然采样电阻Rs可以为功率管提供短时间的保护,但长时间的短路必然会导致功率管严重发热乃至损坏,所以在电源设计时必须增加欠压检测和保护电路,当检测到电源输出端出现欠压现象时,应及时关闭电源控制器,以防电源损坏。模块电源,电源模块 开关电源
输出端欠压检测,可以采用初级间接检测和次级直接检测两种方法,一般来说次级直接检测更迅速准确,因而在电源设计中采用较多。最普通的次级直接检测方法是在控制回路中额外增加光耦等元件(如图3所示),当输出端出现欠压时,光耦截止,触发初级的附加控制电路迫使3842关闭。这种欠压检测方法存在着检测精度不高,使用元件较多等缺陷。另外,在一些特定应
图3 带有光耦的次级直接检测电路
用场合,要求电源在出现过载或短路欠压时电源控制器不能完全锁死,当欠压故障消除后,电源控制器应具有无须重新上电即可自动恢复工作的功能。自恢复功能的加入会使控制电路的元件数进一步增加,也使控制电路的设计变得复杂化。如何能用较少的元件、较简单的方法、更有效地完成电源的欠压检测、欠压保护及自恢复功能,是本文所介绍的欠压保护电路的设计重点。图4是单光耦自恢复欠压保护电路的基本应用电路。
在电源上电后,电容E1开始充电,当E1电压充至16V时,3842开始工作。3842的8脚出现5V电压,并通过电阻R2对电容C1进行充电。此时,由于2脚电压低于2.5V,3842的误差放大器会完全截止,而且在电源输出电压达到正常值以前,光耦中也不会有If流过,所以PWM比较器的比较电压为高电平(1V),电源开始工作,次级电容E2开始被充电。在C1被充电至2.5V前,由于次级输出电压已达到正常值 ,反馈控制回路开始起作用,采样比较放大器TL431开始下拉电流,光耦中有电流If流过,三极管Q1饱和导通,C1通过R3放电,2脚电压最终被稳定在R2和R3的分压值 上( <2.5V),PWM比较器的比较电压完全由反馈光耦调节控制,电源进入了稳定工作状态。
图4 单光耦自恢复欠压保护电路的基本应用电路
在电源输出端出现微弱欠压时,采样比较放大器TL431会立即停止下拉电流,反馈控制光耦迅速关断,光耦中不再流过电流If,三极管Q1截止,电阻R3失去了分压作用,电容C1上的电压很快由 充至2.5V以上。3842误差放大器开始输出低电平,PWM比较器的比较电压也变为低电平,3842的6脚停止输出驱动脉冲后,电源停止了工作,从而实现了快速灵敏的欠压检测及保护功能。 电压值越接近于2.5V,电源的欠压保护动作也就越灵敏。
在电源的欠压保护开始后,D2不再向E1供电,E1电压开始下降,当E1电压下降到10V时,3842停止工作,3842的8脚变为零电压。C1通过R2、D1、R4放电,以保证在下周期工作开始时,能获得必要的保护延时时间(加入D1、R4的目的是为了加快C1的放电速度,这两个元件也可以不要)。此后,由于R1的充电作用,E1电压开始回升,当E1的电压再次充至16V时,电源开始新一周期的工作,若欠压故障仍未消除,电源很快又会关闭,即在出现欠压故障时电源将以间歇启动的方式工作,在欠压故障消除后,电源会自动恢复正常工作状态,从而实现了欠压保护电路的自恢复功能。
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