开关电源中的保护措施探究

【摘要】随着我国的科学技术的发展，开关电源在每个领域都得到了广泛的应用，开关电源在控制电路的领域较为复杂，在安全可靠性方面就需要加强措施来进行保护。文章通过对开关电源的原理进行分析，对可靠性的影响因素进行阐述，对其保护措施进行了较为详细的分析探究，希望能够通过此次探究对这一领域的发展起到一定的推动作用。

【关键词】开关电源;保护措施;分析

引言

开关电源由于具有体积小、质量轻、效率高、输出稳定灵活等优点，在各个领域得到广泛应用。电源系统在整个电子系统中，是一个比较重要的不见，它的稳定运行对于整个系统都有着相关的关系。因此，对其的安全保护措施的分析是一个重要的课题。

1.开关电源原理

高频开关电源由以下几个部分组成：

1.1 主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：①输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。②整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。③逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越校。④输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

1.2 控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

1.3 检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。

1.4 辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。开关控制稳压原理开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量;当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。

改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”。

1.5 开关电源原理框图见图1所示。

图1 开关电源原理框图

（1）通电瞬间，灯泡闪亮一下后，逐渐熄灭，则电源从输入至整流滤波均正常，故障应在后面电路。否则电源保险或输入滤波电感开路。

（2）若整流滤波电路正常，则检测开关管两端是否有310V电压，若无，则取样电阻RO或变压器初级开路。

（3）若开关管电压正常，则检测开关管驱动电路是否有几伏至十几伏电压，若无则检测启动电阻和驱动电路。

（4）若驱动有电压，开关管正常，则自激绕组有故障或反馈电路有故障。

（5）若灯泡常亮，则开关管击穿（短路）或整流桥击穿（短路）。

（6）若灯泡周期性亮灭，则负载有短路故障，可着重检测负载。

（7）若更换开关管多次击穿，则检测峰值电压消除电路及负载是否有开路故障。

（8）经过上述维修步骤并检测负载电压基本正常后，即可闭合开关K，再次检测时若输出正常，则说明开关电源已修复。

2.影响开关电源可靠性的因素

2.1 环境温度对元器件的影响

环境温度对半导体、电容、电阻等元器件的可靠性均有很大影响。如表1所示，当温度从20℃增加到80℃时，硅三极管（在PD/PR=0.5负荷设计条件下）失效率增加了30倍;电容（在UD/UR=0.65负荷设计条件下）失效率增加了14倍;电阻器（在PD/PR=0.5负荷设计条件下）失效率增加了4倍。

2.2 负载率对元器件的影响

负载率对元器件失效率的影响同样很明显。以电阻器为例，在环境温度为50℃条件下，其PD/PR对电阻器失效率的影响，当PD/PR=0.8时，失效率比PD/PR=0.2时增加了8倍。

同样，在环境温度为50℃条件下，当PD/PR=0.8时，半导体器件失效率比PD/PR=0.2时增加1000倍。因此，在开关电源的设计和使用时，应尽量避免其负载率过大而导致电源故障。

3.开关电源中的具体保护措施探究

3.1 开关电源中的整机保护分析

通过上文对于开关电源的相关分析，结合实际的电源装置的需要进而对报警措施来加以确定，对于开关电源的报警措施主要可以分为光报警以及有声报警两种。光报警能够比较明显的指出故障的部位以及类型，而有声报警则是安装在不容易看到的一些部位，能够指引工作人员进行事后的处理。在电源当中如果加设了保护电路之后就会对整个的系统可靠性有一定的影响，所以就对电路本身的可靠性保护要求较高，从而才能够有效的提高电源系统的可靠性。在对开关电源的保护在逻辑上要比较的严密，电路尽可能的简单化，所用的元件也要对应的要少，对于维修的难度以及电源的损坏程度也要进行详细的考虑。

3.2 开关电源过电流保护措施

根据图2可知，这一电路主要就是通过三极管以及分压电阻构成，当在正常的工作中所经过的R4以及R5起到了分压的作用，这样就会使得三极管基极电位要比发射极电位高出很多，发射极承受反向的电压，当出现了截止状态的时候对于稳压的电路是没有什么影响的，而出现短路状态时候所输出的电压值为零，发射极为接地，出现短路，处于截止状态从而对电流进行切断，达到保护的目的。

图2 过电流保护电路图

3.3 对浪涌电流电路的保护措施

对于开关电源的输入电路基本都是采用的电容滤波型的整流电路，当处在进线的电源合闸的瞬间在电容器上的初始电压基本为零，当对其进行充电的时候就会造成很大的浪涌电流，尤其是功率较大的开关电源所用的电容器，这样就会很容易造成输入熔断器烧断以及合闸开关触点烧损的情况发生，造成整流桥过流损坏，对于开关电源会造成无法工作的后果，对其设置涌浪电流的抑制措施能够有效的防治这一类情况的发生，从而正常的使其工作，最为常用的方法措施有热敏电阻保护法，晶闸管保护法，继电器保护法。

3.4 开关电源过电压保护措施

在开关电源的稳压器过电压的保护有两种，即：过电压保护、输出过电压保护。对于开关稳压器使用的未稳压的电源电压倘若太高就会使得稳压器不能进行正常的工作，还有可能对于内部器件发生损坏，所以对于输入电压保护电路的使用比较的有必要。

4.结束语

在开关电源中，有时由于其可靠性较低的缘故，会对整个设施产生严重的影响，因此，就需要采取相应的保护措施。根据实际的情况的需要，选择合理有效的措施，从而对开关电源的安全起到保险的效果。

参考文献

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