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电阻，将需要保护的电压值转换成电流值，并将该电流值送到集电极，与参考电流比较，即可得到信号，用于控制保护是否启动。 过流可以保护，漏电好像是过流的极限状态，但此时因为漏电，输出电流没有了。 此时可以用中间限流电阻值来控制最大输出功率，并实现漏电保护。
常见电源保护电路分析
评价开关电源的质量指标应以安全可靠为第一原则。 在电气技术指标满足正常使用要求的情况下，为了使电源在恶劣环境和突发故障下安全可靠地工作，需要设计多种保护电路，如防浪涌软启动等、防缺相、欠压、过热、过流、短路、缺相保护电路。 开关电源中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多采用电容检测式检测电路。 当进来的电源立即跳闸时，由于电容器上的初始电流为零，因此电容器充电时会立即产生很大的浪涌电压，特别是对于大功率开关电源。 较大的混频电容使浪涌电压超过100A。 接通电源时如此大的浪涌电压往往会导致输入继电器烧断或行程开关触点烧坏，检测桥会因过流而损坏； 轻的也会导致空气开关无法关闭。 上述现象都会导致开关电源无法正常工作，因此几乎所有的开关电源都配备了软启动电路，以避免浪涌电压，以保证电源的正常可靠工作。
图1是由二极管V和限流内阻R1组成的防浪涌电压电路。 电源接通后，输入电流立即通过检测桥（D1~D4）和限流内阻R1对电容C充电，以限制浪涌电压。 当电容器C充电至额定电流的80%左右时，逆变器正常工作。 通过主变压器的辅助定子形成二极管的触发信号，使二极管导通，限流内阻R1漏泄，开关电源处于正常工作状态。
图1采用二极管和限流内阻组成的软启动电路
图2是由保险丝K1和限流内电阻R1组成的防浪涌电压电路。 上电后立即检测输入电流（D1~D4），限流内阻R1对混频电容C1充电，避免上电后立即产生浪涌电压。 同时，辅助电源Vcc通过内阻R2对保险丝K1线组的电容C2进行充电。 当C2上的电流达到熔断器K1的工作电流时，K1动作，其触点K1.1闭合并旁路限流内阻R1，电源进入正常工作状态。 限流延时时间取决于时间常数（R2C2），一般选0.3～0.5s。 为了提高延时时间的准确度，避免保险丝动作时的振动，延时电路可以采用图3所示的电路来代替RC延时电路。
图2是由保险丝K1和限流内阻组成的软启动电路
图3 延迟电路代替RC
2、过压、欠压、过热保护电路
进线电源缺相、欠压对开关电源造成的危害主要表现为电流、电压偏转超过正常使用范围而导致元器件损坏，同时，电气性能指标被破坏，不能满足要求。 因此必须限制输入电源的上下限，因此采用缺相和欠压保护来提高电源的可靠性和安全性。
室温是影响供电设备可靠性的最重要因素。 据有关数据分析，温度每下降2℃，电子元件的可靠性就提高10%，而温度升高50℃时的工作寿命仅为温度升高时的1/6。 25°C。 在开关电源中还需要设置过热保护电路。
图4 缺相、欠压、过热保护电路
图4是仅由一个4比较器LM339和几个分立元件组成的缺相、欠压和过热保护电路。 采样电流经检测检测后可直接从辅助控制电源获取。 它反映了输入电源电流的变化。 比较器共享参考电流。 N1.1为欠压比较器，N1.2为缺相比较器。 调节R1可以调节过压、欠压动作阈值。 N1.3为过热比较器，RT为负空气温度系数的热内阻，它与R7组成分压器电流过大会短路吗，紧贴功率开关元件IGBT表面，当温度下降时，RT阻值上升，适当选择R7电阻使N1.3在设定的温度阈值下动作。 N1.4用于因外部故障而紧急停机。 当正端输入低电平时，比较器输出低电平，阻断PWM驱动信号。 由于四个比较器的输出端并联，无论出现缺相、欠压、过热等故障，比较器都会输出低电平，并封锁驱动信号，停止驱动。电源实现保护。 如果电路稍加改变，比较器也可以输出高电平来阻断驱动信号。
3、缺相保护电路
由于电网本身或电源输入接线不可靠的原因，开关电源有时会出现过压运行，且缺相运行不易被及时检测到。 当电源处于相线运行时，检测桥的一臂无电压，而另一臂会因严重过流而损坏，同时逆变器也会工作异常，因此相线必须受到保护。 检查电网相线一般采用电压互感器或电子相线测量电路。 由于电压互感器的检查成本昂贵且体积庞大，因此开关电源中通常使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的节点H电位很低，晶闸管的输出近似为零电平。 当发生过压时，H点电位上升，晶闸管输出高电平，经比较器比较，输出低电平，阻断驱动信号。 比较器的基极可调，方便调整过压动作阈值。 该过压保护适用于单相四线制，不适用于单相三线制。 电路稍作改动，也可以用高电平封锁PWM信号。
图5 单相四线制过压保护电路
图6是单相三线电源的过压保护电路。 若A、B、C任意相缺相，则晶闸管的输出电平高于比较器反相输入端的参考电流，比较器的输出电平为低电平。 ，封锁PWM驱动信号，关闭电源。 稍微改变比较器的输入极性，也可以通过高电平来封锁PWM信号。 这些过压保护电路采用晶闸管隔离微弱电流，安全可靠。 RP1和RP2用于调节过压保护动作阈值。
图6 单相三线制过压保护电路
4. 短路保护
开关电源与其他电子设备一样，漏电是最严重的故障，而漏电保护的可靠性是影响开关电源可靠性的重要因素。 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）具有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率和双极型晶体管电流低、电流容量大、管电压升高的特点。 是目前最常用的中大功率开关电源。 电力电子开关元件。 IGBT能承受的漏电时间取决于其饱和压降和漏电电压，通常只有几μs到几十μs。 过大的漏电压不仅缩短了漏电耐受时间，而且使关断时的电压上升率di/dt过大。 由于漏感和引线电感的存在，会引起IGBT栅极过流，并且过流可能发生在元件内部。 形成锁存效应使IGBT锁定无效，高过流会导致IGBT击穿。 因此，当出现漏电、过流等情况时，必须采取有效的保护措施。 为了实现IGBT的漏电保护，必须进行过流检查。 检查IGBT过流的方法一般是利用霍尔电压传感器直接测量IGBT的电压Ic，然后与设定的阈值进行比较，利用比较器的输出来控制驱动信号的关断; 或者采用间接电流法，测量过流时IGBT的压降Vce，由于管压降富含漏电压信息，过流时Vce下降，且基本呈线性关系，查看过流时Vce并进行比较通过比较器设定的阈值，比较器的输出控制驱动电路的关断。 当漏电压出现时，为了防止截止电压di/dt过大产生过流，导致IGBT锁定失效而被破坏，增加电磁干扰，采用软保护技术一般采用降低栅极电压和软关断。 测量到过流信号后，首先进入栅极下拉保护程序，降低故障电压幅度，延长IGBT的漏电耐受时间。 电网跌落动作后，设定固定的延时时间来判断故障电压的真实性。 如果故障在延时时间内消失，则手动恢复电网电压。 如果故障仍然存在，将执行软关断程序，使栅极电压降至0V以下，关闭IGBT的驱动信号。 由于在栅极压降编程阶段基极电压已经降低，因此在软关断期间不会出现过大的漏电压上升率和较低的过电流。 采用软栅极降压和软电枢关断保护，可以限制故障电压的幅值和增长速度，过电流增大，保证IGBT的电压和电压运行轨迹处于安全区域。
在设计栅极压降保护电路时，需要正确选择栅极压降的幅度和速率。 如果栅极电压降低的幅度较大(例如7.5V)，则栅极电压降低的速度不宜太快。 通常可以采用生长时间为2μs的软栅极降压。 ，因为栅极电压降低的幅度很大，基极电压已经很小，可以更快地阻断故障状态下的载流子，所以为什么要采用软关断； 如果栅极电压降低的幅度较小（例如5V以下），则栅极降低的速度可以快一些，而阻断栅极电压的速度必须慢一些，即采用软关断来防止过流。 为了使电源在漏电故障状态下不中断工作，并避免在原工作频率下连续漏电保护造成热量积累而造成IGBT损坏，采用栅极降压保护可以省去发生漏电保护时立即封锁电路，并提高工作频率（例如1Hz左右），产生间歇性“打嗝”保护方式，待故障清除后恢复正常工作。
下面介绍几种IGBT漏电保护实用电路及工作原理。
图7是基于IGBT过流时Vce下降原理的保护电路，用于专用驱动器。 内部电路可以很好地完成栅压降和软关断，并具有内部延时功能，消除干扰引起的误动作。 富含IGBT过流信息的Vce并不是直接送到基极电流监测引脚6，而是通过快恢复晶闸管VD1通过比较器IC1的输出连接到引脚6。 电压不同，采用阈值比较器来提高电压测量的精度。 如果发生过流，驱动器的低速截止电路会缓慢关断 IGBT，以防止基极电压尖峰损坏 IGBT 组件。
图7 利用IGBT过流时降低Vce的原理进行保护
图8是通过电压检测进行过流检测的IGBT保护电路。 电压传感（SC）的中级（1匝）与IGBT的栅极电路串联，次级感应出的过流信号经检测后送至比较。 IC1的同相输入端与反相端的参考电流进行比较。 IC1的输出送至正反馈比较器IC2电流过大会短路吗，其输出连接至PWM控制器的输出控制引脚10。 但当有电流流过时，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控制电路输出驱动波形图
图 8 通过电压检测进行过流检查的 IGBT 保护电路
当发生过流时，电压传感检测的检测电流下降，VA>Vref，VB为高电平，C3充电使VC>Vref，IC2输出高电平（小于1.4V），PWM控制电路已关闭。 由于没有驱动信号，IGBT截止，电源停止工作，电压传感器无电压流过，使VA<Vref，VB=0.2V，C3通过R1放电，当C3放电到使VC<Vref，IC2再次输出低电平，电源重新进入工作状态。 如果过流继续存在，保护电路又回到原来的限流保护工作状态，周而复始，使PWM控制电路的输出驱动波形处于区间输出状态，如图8（b）所示。 ）显示波形。 电位器RP1调节比较器过流动作阈值。 电容器C3通过D5快速充电并通过R1缓慢放电。 只要合理选择R1和C3的参数，在t2>>t1时间内关闭PWM驱动信号，就可以保证电源进入休眠状态。 正反馈内阻R7保证IC2只有高低电平两种状态，D5、R1、C3的充放电电路保证IC2的输出不会在高低电平之间频繁变化，即，IGBT不会频繁地开通和关断。 破坏。
图8 通过电压传感进行过流测量的IGBT保护电路 图9是用于IGBT（V1）过流栅极电流测量和电压传感检查的综合保护电路，该电路的工作原理是：负载漏电（或IGBT由于其他原因）过流故障），V1的Vce下降，V3的栅极驱动电压经过R2、R3分压使V3导通，IGBT载流电流经VD3限制降糖，限制IGBT峰值电压范围，同时通过R5C3延迟V2的导通并发出软关断信号。 另一方面，当漏电发生时，通过电压传感器检测漏电电压，比较器IC1输出高电平，使V3导通，降低栅极电压，使V2导通，实现软关断。
图9 集成过流保护电路
图10是漏电保护电路，应用测量IGBT栅极电流的过流保护原理，采用软栅极降压、软关断和提高工作频率等保护技术。
图10
正常工作状态下，驱动输入信号为低电平时，晶闸管IC4不导通，V1、V3导通，输出负驱动电流。 当驱动输入信号为高电平时，晶闸管IC4导通，V1关断，V2导通，输出正向驱动电流，功率开关管V4工作在正常开关状态。 当发生漏电故障时，IGBT的栅极电流减小，由于Vce降低，比较器IC1输出高电平，V5导通，IGBT实现软栅压降。 栅极压降的大小由稳压管VD2决定。 按下时间为2μs，由R6C1产生。 同时，IC1输出的高电平通过R7对C2充电。 当C2上的电流达到稳压管VD4的击穿电流时，V6导通，R9C3产生约3μs的软关断栅极电压。 从电网电压下降到软关断电网电压的延迟时间由时间常数R7C2决定，一般选取5-15μs。 当V5导通时，流经C4R10电路的栅极电压使V7导通约20μs。 栅极压降保护后，输入驱动信号被封锁一段时间，不再响应输入端的关断信号，防止故障状态的发生。 硬关断过流使驱动电路能够在发生故障时执行栅极电压降低和软关断保护的完整过程。
当V7导通时，晶闸管IC5导通，时基电路IC2的触发脚2得到负触发信号，555输出脚3输出高电平，V9导通，IC3截止，阻塞时间由定时器器件R15C5决定（约1.2s），使工作频率降低到1Hz以下，驱动器的输出信号将工作在所谓的“打嗝”状态，从而阻止其继续工作漏电故障发生后，在原来的频率下，持续漏电保护引起的热量积累导致IGBT损坏。 只要故障消失，电路即可恢复正常工作状态。
虽然开关电源的保护功能是电源装置电气性能所要求的附加功能，但保护电路是否按照预定的设置建立并工作，对于电源装置的安全可靠来说是非常重要的。在恶劣的环境和意外车祸的情况下。 初次检查技术指标时，应对保护功能进行验证。
开关电源的保护方案和电路结构多种多样，但针对具体的电源装置，应选择合理的保护方案和电路结构，以促进故障情况下的保护。 本文所述的保护电路可以灵活组合，以简化电路结构并增加成本。