開(kāi)關(guān)電源原理
開(kāi)關(guān)電源是一種電壓轉(zhuǎn)化電路，首要的作業(yè)內(nèi)容是升壓和降壓，廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)三極管總是作業(yè)在“開(kāi)”與“關(guān)”的狀況，所以叫開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源實(shí)質(zhì)就是一個(gè)振蕩電路，這種轉(zhuǎn)化電能的方法，不只運(yùn)用在電源電路，在其它的電路運(yùn)用也很廣泛，如液晶顯示器的背光電路、日光燈等。開(kāi)關(guān)電源與變壓器比較具有用率高、穩(wěn)性好、體積小等長(zhǎng)處，缺陷是功率相對(duì)較小，而且會(huì)對(duì)電路發(fā)生高頻攪擾,變壓器反應(yīng)式振蕩電路，能發(fā)生有規(guī)則的脈沖電流或電壓的電路叫振蕩電路，變壓器反應(yīng)式振蕩電路就是能滿足這種條件的電路。
1防浪涌軟啟動(dòng)電路
開(kāi)關(guān)電源的輸入電路大都選用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，因?yàn)殡娙萜魃系某跏茧妷簽榱悖娙萜鞒潆娝查g會(huì)構(gòu)成很大的浪涌電流，特別是大功率開(kāi)關(guān)電源，選用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流達(dá)100A以上。在電源接通瞬間如此大的浪涌電流，重者往往會(huì)導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過(guò)流損壞;輕者也會(huì)使空氣開(kāi)關(guān)合不上閘。這種現(xiàn)象均會(huì)構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源無(wú)法正常作業(yè)，為此簡(jiǎn)直所有的開(kāi)關(guān)電源都設(shè)置了避免流涌電流的軟啟動(dòng)電路，以確保電源正常而牢靠作業(yè)。
2過(guò)壓、欠壓及過(guò)熱維護(hù)電路
進(jìn)線電源過(guò)壓及欠壓對(duì)開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成的危害，首要表現(xiàn)在器件因接受的電壓及電流應(yīng)力超出正常運(yùn)用的規(guī)模而損壞，一原因電氣性能指標(biāo)被損壞而不能滿足要求。因此對(duì)輸入電源的上限和下限要有所限制，為此選用過(guò)壓、欠壓維護(hù)以進(jìn)步電源的牢靠性和安全性。溫度是影響電源設(shè)備牢靠性的最重要因素。根據(jù)有關(guān)材料剖析標(biāo)明，電子元器件溫度每升高2℃，牢靠性下降10%，溫升50℃時(shí)的作業(yè)壽數(shù)只要溫升25℃時(shí)的1/6，為了避免功率器件過(guò)熱構(gòu)成損壞，在開(kāi)關(guān)電源中亦需要設(shè)置過(guò)熱維護(hù)電路。
3缺相維護(hù)電路
因?yàn)殡娋W(wǎng)本身原因或電源輸入接線不牢靠，開(kāi)關(guān)電源有時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺相作業(yè)的狀況，且掉相作業(yè)不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)電源處于缺相作業(yè)時(shí)，整流橋某一臂無(wú)電流，而其它臂會(huì)嚴(yán)峻過(guò)流構(gòu)成損壞，一同使逆變器作業(yè)出現(xiàn)反常，因此有必要對(duì)缺相進(jìn)行維護(hù)。檢測(cè)電網(wǎng)缺相一般選用電流互感器或電子缺相檢測(cè)電路。因?yàn)殡娏骰ジ衅鳈z測(cè)成本高、體積大，故開(kāi)關(guān)電源中一般選用電子缺相維護(hù)電路。三相平衡時(shí)，R1～R3結(jié)點(diǎn)H電位很低，光耦合輸出近似為零電平。當(dāng)缺相時(shí)，H點(diǎn)電位抬高，光耦輸出高電平，經(jīng)比較器進(jìn)行比較，輸出低電平，封閉驅(qū)動(dòng)信號(hào)。比較器的基準(zhǔn)可調(diào)，以便調(diào)度缺相動(dòng)作閾值。該缺相維護(hù)適用于三相四線制，而不適用于三相三線制。電路稍加改變，亦可用高電平封閉PWM信號(hào)。
4短路防護(hù)
開(kāi)關(guān)電源同其它電子裝置一樣，短路是最嚴(yán)峻的缺陷，短路維護(hù)是否牢靠，是影響開(kāi)關(guān)電源牢靠性的重要因素。IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)兼有場(chǎng)效應(yīng)晶體管輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小和雙極型晶體管電壓、電流容量大及管壓下降的特征，是現(xiàn)在中、大功率開(kāi)關(guān)電源最廣泛運(yùn)用的電力電子開(kāi)關(guān)器件。IGBT能夠接受的短路時(shí)刻取決于它的豐滿壓降和短路電流的大小，一般僅為幾μs至幾十μs。短路電流過(guò)大不只使短路接受時(shí)刻縮短，而且使關(guān)斷時(shí)電流下降率di/dt過(guò)大，因?yàn)槁└屑耙€電感的存在，導(dǎo)致IGBT集電極過(guò)電壓，該過(guò)電壓可在器件內(nèi)部發(fā)生擎住效應(yīng)使IGBT承認(rèn)失效，一同高的過(guò)電壓會(huì)使IGBT擊穿。因此，當(dāng)出現(xiàn)短路過(guò)流時(shí)，有必要采用有用的維護(hù)方法。為了完成IGBT的短路維護(hù)，則有必要進(jìn)行過(guò)流檢測(cè)。適用IGBT過(guò)流檢測(cè)的方法，一般是選用霍爾電流傳感器直接檢測(cè)IGBT的電流Ic，然后與設(shè)定的閾值比較，用比較器的輸出去操控驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)斷;或者選用直接電壓法，檢測(cè)過(guò)流時(shí)IGBT的電壓降Vce，因?yàn)楣軌航岛卸搪冯娏餍畔ⅲ^(guò)流時(shí)Vce增大，且基本上為線性關(guān)系，檢測(cè)過(guò)流時(shí)的Vce并與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，比較器的輸出操控驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)斷。在短路電流出現(xiàn)時(shí)，為了避免關(guān)斷電流的di/dt過(guò)大構(gòu)成過(guò)電壓，導(dǎo)致IGBT承認(rèn)無(wú)效和損壞，以及為了下降電磁攪擾，一般選用軟降柵壓和軟關(guān)斷歸納維護(hù)技能。在檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)后首先是進(jìn)入降柵維護(hù)程序，以下降缺陷電流的幅值，延伸IGBT的短路接受時(shí)刻。在降柵動(dòng)作后，設(shè)定一個(gè)固定推延時(shí)刻用以判別缺陷電流的真實(shí)性，如在推延時(shí)刻內(nèi)缺陷消失則柵壓自動(dòng)康復(fù)，如缺陷依然存在則進(jìn)行軟關(guān)斷程序，使柵壓降至0V以下，關(guān)斷IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。因?yàn)樵诮祲撼绦螂A段集電極電流已減小，故軟關(guān)斷時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的短路電流下降率和過(guò)高的過(guò)電壓。選用軟降柵壓及軟關(guān)斷柵極驅(qū)動(dòng)維護(hù)，使缺陷電流的幅值和下降率都能受到限制，過(guò)電壓下降，IGBT的電流、電壓作業(yè)軌道能確保在安全區(qū)內(nèi)。在規(guī)劃降柵壓維護(hù)電路時(shí)，要正確選擇降柵壓高低和速度，假定降柵壓高低大(比方7.5V)，降柵壓速度不要太快，一般可選用2μs下降時(shí)刻的軟降柵壓，因?yàn)榻禆艍焊叩痛螅姌O電流現(xiàn)已較小，在缺陷狀況封閉柵極可快些，不必選用軟關(guān)斷;假定降柵壓高低較小(比方5V以下)，降柵速度可快些，而封閉柵壓的速度有必要慢，即選用軟關(guān)斷，以避免過(guò)電壓發(fā)生。
