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[!--downpath--]开关电源过流、短路保护原理
过流漏电似乎是一个原理，通过在输出端串接一个测量阻值，将须要保护的电压值转化为电流值，将此电流值送入集电极，与基准电流比较，即可得出一个讯号，拿来控制保护是否启动。过流都可以保护了，那漏电似乎就是过流的极限状态，只是此时因为漏电，输出电流没有了，这时颗配合中级的的限流阻值控制最大输出功率，就可实现漏电保护。
常见电源保护电路解析
评价开关电源的质量指标应当是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，例如防浪涌的软启动，防缺相、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。开关电源常用的几种保护电路如下：
1、防浪涌软启动电路
开关电源的输入电路大都采用电容检波型检波电路怎么防止电流过大，在进线电源跳闸顿时，因为电容器上的初始电流为零，电容器充电顿时会产生很大的浪涌电压，非常是大功率开关电源，采用容量较大的混频电容器，使浪涌电压达100A以上。在电源接通顿时这么大的浪涌电压，重者常常会引起输入继电器烧断或跳闸开关的触点烧毁，检波桥过流损毁；轻者也会使空气开关合不上闸。上述现象均会导致开关电源未能正常工作，因此几乎所有的开关电源都设置了避免流涌电压的软启动电路，以保证电源正常而可靠运行。
图1是采用二极管V和限流内阻R1组成的防浪涌电压电路。在电源接通顿时，输入电流经检波桥（D1～D4）和限流内阻R1对电容器C充电，限制浪涌电压。当电容器C充电到约80％额定电流时，逆变器正常工作。经主变压器辅助定子形成二极管的触发讯号，使二极管导通并漏电限流内阻R1，开关电源处于正常运行状态。
图1采用二极管和限流内阻组成的软启动电路
图2是采用熔断器K1和限流内阻R1构成的防浪涌电压电路。电源接通顿时，输入电流经检波（D1～D4）和限流内阻R1对混频电容器C1充电，避免接通顿时的浪涌电压，同时辅助电源Vcc经内阻R2对并接于熔断器K1线包的电容器C2充电，当C2上的电流达到熔断器K1的动作电流时，K1动作，其触点K1.1闭合而旁路限流内阻R1，电源步入正常运行状态。限流的延后时间取决于时间常（R2C2），一般选定为0.3～0.5s。为了提升延后时间的确切性及避免熔断器动作晃动振荡，延后电路可采用图3所示电路取代RC延后电路。
图2采用熔断器K1和限流内阻构成的软启动电路
图3代替RC的延后电路
2、过压、欠压及过热保护电路
进线电源缺相及欠压对开关电源导致的害处，主要表现在元件因承受的电流及电压挠度超出正常使用的范围而受损，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因而对输入电源的上限和下限要有所限制，因此采用缺相、欠压保护以提升电源的可靠性和安全性。
室温是影响电源设备可靠性的最重要诱因。按照有关资料剖析表明，电子元元件气温每下降2℃，可靠性增长10％，温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6，为了防止功率元件过热导致受损，在开关电源中亦须要设置过热保护电路。
图4缺相、欠压、过热保护电路
图4是仅用一个4比较器LM339及几个分立元元件构成的缺相、欠压、过热保护电路。采样电流可以直接从辅助控制电源检波检波后取得，它反映输入电源电流的变化，比较器共用一个基准电流，N1.1为欠压比较器，N1.2为缺相比较器，调整R1可以调节过、欠压的动作阀值。N1.3为过热比较器，RT为负气温系数的热敏内阻，它与R7构成份压器，贴近于功率开关元件IGBT的表面，气温下降时，RT电阻升高，适当选定R7的电阻，使N1.3在设定的气温阀值动作。N1.4用于外部故障应急死机，当其正向端输入低电平时，比较器输出低电平封锁PWM驱动讯号。因为4个比较器的输出端是并联的，无论是缺相、欠压、过热任何一种故障发生，比较器输出低电平，封锁驱动讯号使电源停止工作，实现保护。如将电路稍加变动，亦可使比较器输出高电平封锁驱动讯号。
3、缺相保护电路
因为电网自身缘由或电源输入接线不可靠，开关电源有时会出现过压运行的情况，且掉相运行不易被及时发觉。当电源处于相线运行时，检波桥某一臂无电压，而其它臂会严重过流导致受损，同时使逆变器工作出现异常，因而必须对相线进行保护。检查电网相线一般采用电压互感器或电子相线测量电路。因为电压互感器检查成本高、体积大，故开关电源中通常采用电子过压保护电路。图5是一个简单的电子过压保护电路。单相平衡时，R1～R3结点H电位很低，晶闸管合输出近似为零电平。当过压时，H点电位抬升，晶闸管输出高电平，经比较器进行比较怎么防止电流过大，输出低电平，封锁驱动讯号。比较器的基准可调，便于调节过压动作阀值。该过压保护适用于单相四线制，而不适用于单相三线制。电路稍加变动，亦可用高电平封锁PWM讯号。
图5单相四线制的过压保护电路
图6是一种用于单相三线制电源过压保护电路，A、B、C缺任何一相，晶闸管器输出电平高于比较器的反相输入端的基准电流，比较器输出低电平，封锁PWM驱动讯号，关掉电源。比较器输入极性稍加变动，亦可用高电平封锁PWM讯号。这些过压保护电路采用晶闸管隔离弱电，安全可靠，RP1、RP2用于调节过压保护动作阀值。
图6单相三线制的过压保护电路
4、短路保护
开关电源同其它电子装置一样，漏电是最严重的故障，漏电保护是否可靠，是影响开关电源可靠性的重要诱因。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电流、电流容量大及管压增加的特性，是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关元件。IGBT能否承受的漏电时间取决于它的饱和压降和漏电电压的大小，通常仅为几μs至几十μs。漏电电压过大除了使漏电承受时间减短，并且使关断时电压升高率di/dt过大，因为漏感及引线电感的存在，造成IGBT栅极过电流，该过电流可在元件内部形成擎住效应使IGBT锁定失效，同时高的过电流会使IGBT击穿。因而，当出现漏电过流时，必须采取有效的保护举措。为了实现IGBT的漏电保护，则必须进行过流检查。适用IGBT过流检查的方式，一般是采用霍尔电压传感直接测量IGBT的电压Ic，之后与设定的阀值比较，用比较器的输出去控制驱动讯号的关断；或则采用间接电流法，测量过流时IGBT的电压降Vce，由于管压降富含漏电电压信息，过流时Vce减小，且基本上为线性关系，检查过流时的Vce并与设定的阀值进行比较，比较器的输出控制驱动电路的关断。在漏电电压出现时，为了防止关断电压的di/dt过大产生过电流，造成IGBT锁定无效和毁坏，以及为了增加电磁干扰，一般采用软降栅压和软关断综合保护技术。在测量到过流讯号后首先是步入降栅保护程序，以减少故障电压的幅值，延长IGBT的漏电承受时间。在降栅动作后，设定一个固定延后时间用以判定故障电压的真实性，如在延后时间内故障消失则栅压手动恢复，如故障一直存在则进行软关断程序，使栅压降至0V以下，关断IGBT的驱动讯号。因为在降栅压程序阶段基极电压已减少，故软关断时不会出现过大的漏电电压升高率和过低的过电流。采用软降栅压及软关断电枢驱动保护，使故障电压的幅值和增长率都能遭到限制，过电流增加，IGBT的电压、电压运行轨迹能保证在安全区内。
在设计降栅压保护电路时，要正确选择降栅压幅度和速率，假如降栅压幅度大（例如7.5V），降栅压速率不要太快，通常可采用2μs增长时间的软降栅压，因为降栅压幅度大，基极电压早已较小，在故障状态封锁载流子可快些，何必采用软关断；假如降栅压幅度较小（例如5V以下），降栅速率可快些，而封锁栅压的速率必须慢，即采用软关断，以防止过电流发生。为了使电源在漏电故障状态不中断工作，又能避开在原工作频度下连续进行漏电保护形成热积累而导致IGBT受损，采用降栅压保护即可毋须在一次漏电保护立刻封锁电路，而使工作频度增加（例如1Hz左右），产生间歇“打嗝”的保护方式，故障清除后即恢复正常工作。
下边介绍几种IGBT漏电保护的实用电路及工作原理。
图7是借助IGBT过流时Vce减小的原理进行保护的电路，用于专用驱动器。内部电路能挺好地完成降栅及软关断，并具有内部延后功能，以清除干扰形成的误动作。富含IGBT过流信息的Vce不直接送至的基极电流监视脚6，而是经快速恢复晶闸管VD1，通过比较器IC1输出接至的脚6，其目的是为了清除VD1正向压降随电压不同而异，采用阀值比较器，提升电压测量的确切性。倘若发生过流，驱动器的低速切断电路慢速关断IGBT，以防止基极电压尖峰脉冲毁坏IGBT元件。
图7采用IGBT过流时Vce减小的原理进行保护
图8是借助电压传感进行过流检查的IGBT保护电路，电压传感（SC）中级（1匝）串接在IGBT的栅极电路中，次级感应的过流讯号经检波后送至比较器IC1的同相输入端，与反相端的基准电流进行比较，IC1的输出送至具有正反馈的比较器IC2，其输出接至PWM控制器的输出控制脚10。不过流时，VA《Vref，VB=0.2V，VC《Vref，IC2输出低电平，PWM控制器正常工作。
（a）电路原理图
（b）PWM控制电路的输出驱动波形图
图8借助电压传感进行过流检查的IGBT保护电路
当出现过流时，电压传感检查的检波电流下降，VA》Vref，VB为高电平，C3充电使VC》Vref，IC2输出高电平（小于1.4V），关掉PWM控制电路。因无驱动讯号，IGBT关掉，而电源停止工作，电压传感无电压流过，使VA《Vref，VB=0.2V，C3经R1放电，当C3放电到使VC《Vref时，IC2又输出低电平，电源重新步入工作状态，假如过流继续存在，保护电路又回复到原先的限流保护工作状态，反复循环使PWM控制电路的输出驱动波形处于间隔输出状态，如图8（b）所示波形。电位器RP1调整比较器过流动作阀值。电容器C3经D5快速充电，经R1慢速放电，只要合理地选择R1，C3的参数，使PWM驱动讯号关掉时间t2》》t1，可保证电源步入睡眠状态。正反馈内阻R7保证IC2只有高、低电平两种状态，D5，R1，C3充放电电路，保证IC2输出不致在高、低电平之间频繁变化，即IGBT不致频繁开通、关断而毁坏。
图8借助电压传感进行过流测量的IGBT保护电路图9是借助IGBT（V1）过流栅极电流测量和电压传感检查的综合保护电路，电路工作原理是：负载漏电（或IGBT因其它故障过流）时，V1的Vce减小，V3门极驱动电压经R2，R3分压器使V3导通，IGBT载流子电流由VD3所限制而降糖，限制IGBT峰值电压幅度，同时经R5C3延后使V2导通，送去软关断讯号。另一方面，在漏电时经电压传感检查漏电电压，经比较器IC1输出的高电平使V3导通进行降栅压，V2导通进行软关断。
图9综合过流保护电路
图10是应用测量IGBT栅极电流的过流保护原理，采用软降栅压、软关断及增加工作频度保护技术的漏电保护电路。
图10
正常工作状态，驱动输入讯号为低电平时，晶闸管IC4不导通，V1，V3导通，输出负驱动电流。驱动输入讯号为高电平时，晶闸管IC4导通，V1截至而V2导通，输出正驱动电流，功率开关管V4工作在正常开关状态。发生漏电故障时，IGBT栅极电流减小，因为Vce减小，比较器IC1输出高电平，V5导通，IGBT实现软降栅压，降栅压幅度由稳压管VD2决定，软降栅压时间由R6C1产生2μs。（版权所有）同时IC1输出的高电平经R7对C2进行充电，当C2上电流达到稳压管VD4的击穿电流时，V6导通并由R9C3产生约3μs的软关断栅压，软降栅压至软关断栅压的延后时间由时间常数R7C2决定，一般选定在5～15μs。V5导通时，V7经C4R10电路流过栅极电压而导通约20μs，在降栅压保护后将输入驱动讯号闭锁一段时间，不再响应输入端的关断讯号，以防止在故障状态下产生硬关断过电流，使驱动电路在故障存在的情况下能执行一个完整的降栅压和软关断保护过程。
V7导通时，晶闸管IC5导通，时基电路IC2的触发脚2获得负触发讯号，555输出脚3输出高电平，V9导通，IC3被封锁，封锁时间由定时器件R15C5决定（约1.2s），使工作频度降至1Hz以下，驱动器的输出讯号将工作在所谓的“打嗝”状态，防止了发生漏电故障后仍工作在原先的频度下，连续进行漏电保护造成热积累而导致IGBT受损。只要故障消失，电路又能恢复到正常工作状态。
开关电源保护功能虽属电源装置电气性能要求的附加功能，但在恶劣环境及意外车祸条件下，保护电路是否建立并按预定设置工作，对电源装置的安全性和可靠性至关重要。初验技术指标时，应对保护功能进行验证。
开关电源的保护方案和电路结构具有多样性，但对具体电源装置而言，应选择合理的保护方案和电路结构，以促使在故障条件下真正有效地实现保护。文中所述的保护电路可以灵活组合使用，以简化电路结构和增加成本。