專利名稱：一種具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種開關(guān)電源，具體地說是一種具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源。
背景技術(shù)：
如

圖1所示，現(xiàn)有的大功率開關(guān)電源一般包括強電的主功率電路和弱電的PWM控制電路，PWM控制電路輸出脈沖寬度調(diào)制信號(PWM)控制主功率電路的工作頻率，從電源輸入端Vin輸入的電壓信號通過主功率電路進行功率變換后在電源輸出端Vout輸出；為了保障大功率開關(guān)電源的工作安全，電源電路常設(shè)置軟啟動電路、過流故障保護電路、超溫故障保護電路和接觸器對開關(guān)電源進行保護。如圖中所示，該開關(guān)電源的PWM控制電路主要由型號為UC3879的主控制芯片及其外圍電路組成，軟啟動電路連接在開關(guān)電源的電源輸入端Vin和PWM控制電路的啟動端，即UC3879主控制芯片的SS端之間，當開關(guān)電源上電后，軟啟動電路經(jīng)過一定的充電時間后，才向PWM控制電路輸出邏輯高電平控制其開始工作，實現(xiàn)了開關(guān)電源的軟啟動；過流故障保護電路連接在開關(guān)電源的電源輸入端Vin和PWM控制電路的故障控制端，即UC3879主控制芯片的CS端之間，過流故障保護電路設(shè)有霍爾電流傳感器，該電流傳感器檢測直流母線的工作電流，并在過流時過流故障保護電路向PWM控制電路輸出故障信號，PWM控制電路停止工作，直到故障信號消失PWM控制電路才恢復(fù)工作；超溫故障保護電路檢測主功率電路的溫度，其輸出端連接到PWM控制電路的故障控制端，即UC3879主控制芯片的CS端，在檢測主控制電路超溫時，超溫故障保護電路向PWM控制電路輸出故障信號，PWM控制電路停止工作，直到故障信號消失PWM控制電路才恢復(fù)工作；接觸器接在開關(guān)電源的直流母線上，其作為開關(guān)電源的電源輸入總開關(guān)，控制整個開關(guān)電源啟動或關(guān)閉。上述大功率開關(guān)電源中軟啟動電路、過流故障保護電路、超溫故障保護電路的設(shè)置方式簡單，但由于在大功率開關(guān)電源工作時，其主功率電路中的開關(guān)管和二極管高頻通、斷會產(chǎn)生很大的電流變化di/dt，這對其弱電控制電路系統(tǒng)，即上述PWM控制電路、軟啟動電路、過流故障保護電路和超溫故障保護電路會產(chǎn)生很強的電磁干擾，嚴重時導(dǎo)致弱電控制電路系統(tǒng)不能正常工作；特別是對于弱電控制電路中的故障保護和軟啟動電路來講，由于其輸入信號直接來自主功率電路，極易受到其中變化的高壓和大電流的干擾。因此，現(xiàn)有的大功率開關(guān)電源存在以下不足第一，過流和超溫故障保護電路受主功率電路干擾經(jīng)常誤動作，尤其是在開關(guān)電源運行狀態(tài)發(fā)生變化時更加嚴重，開關(guān)電源難以持續(xù)正常工作；第二，開關(guān)電源在上電起動的過程中由于軟啟動電路受主功率電路干擾，起動過程中功率并不是平滑的上升，而是存在高頻振蕩，開關(guān)電源工作狀態(tài)不穩(wěn)定。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，能夠免受主功率電路中變化的高壓和大電流干擾，實現(xiàn)平穩(wěn)的軟啟動和可靠的故障保護。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)措施實現(xiàn)的一種具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，包括主功率電路、PWM控制電路、軟啟動電路、過流故障保護電路和超溫故障保護電路，所述軟啟動電路的輸出端連接到PWM控制電路的啟動端，所述過流故障保護電路和超溫故障保護電路的輸出端分別連接到PWM控制電路的故障控制端，所述超溫故障保護電路和PWM控制電路的故障控制端之間連接有第一光耦合器，所述過流故障保護電路和PWM控制電路的故障控制端之間連接有第二光耦合器，所述軟啟動電路和PWM控制電路的啟動端之間連接有第三光耦合器。作為實用新型的一種改進，所述的大功率開關(guān)電源還包括保護繼電器和作為大功率開關(guān)電源總電源開關(guān)的接觸器；所述第一光耦合器和第二光耦合器的輸出端均分為兩路，該兩個光耦合器的第一路輸出端均連接到PWM控制電路的故障控制端，第一光耦合器的第二路輸出端通過第一達林頓三極管連接到所述保護繼電器的輸入端，第二光耦合器的第二路輸出端通過第二達林頓三極管連接到所述保護繼電器的輸入端，保護繼電器的輸出端與所述接觸器的控制端相連接，所述接觸器接在大功率開關(guān)電源的直流母線上。作為實用新型的一種改進，所述超溫故障保護電路和第一光耦合器之間、所述過流故障保護電路和第二光耦合器之間均連接有用于對輸入信號進行放大及濾除干擾噪聲預(yù)處理的放大及濾波電路。作為實用新型的一種改進，所述的大功率開關(guān)電源還包括分別用于提示開關(guān)電源超溫、過流故障狀態(tài)和啟動狀態(tài)的數(shù)個指示燈；所述數(shù)個指示燈分別連接到相應(yīng)的電路中。作為實用新型的一種實施方式，所述軟啟動電路包括延時電容、第一分壓電阻、第二分壓電阻、第三分壓電阻、第四分壓電阻、運算放大器和二極管；第一分壓電阻的一端為軟啟動電路的輸入端，第一分壓電阻的另一端通過第二分壓電阻接地，第一分壓電阻和第二分壓電阻的連接點連接到運算放大器的同相輸入端，延時電容與第二分壓電阻相并聯(lián)，軟啟動電路的輸入端通過第三分壓電阻和第四分壓電阻接地，第三分壓電阻和第四分壓電阻的連接點連接到運算放大器的反相輸入端，運算放大器的輸出端與二極管的陽極相連接，二極管的陰極為軟啟動電路的輸出端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果第一，本實用新型采用光耦合器對軟啟動電路、過流故障保護電路、超溫故障保護電路與PWM控制電路進行電氣隔離與信號傳輸，大大降低了它們之間相互干擾和稱合的可能性，因此本實用新型的抗強電磁干擾能力較強，能大幅降低過流和超溫故障的誤報警和漏報警率，并能實現(xiàn)平穩(wěn)起動，而且起動過程平滑，使得開關(guān)電源的可靠性得到極大提高；第二，本實用新型采用達林頓三極管提供足夠的電壓、電流驅(qū)動保護繼電器，在開關(guān)電源發(fā)生超溫或過流故障時通過保護繼電器斷開主功率電路中的接觸器，使開關(guān)電源停機，待故障排除，PWM驅(qū)動信號恢復(fù)后，才可再次開機起動，進一步確保了開關(guān)電源的使用安全；
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中大功率開關(guān)電源的電路原理框圖；[0019]圖2為本實用新型大功率開關(guān)電源的電路原理框圖；圖3為本實用新型中軟啟動電路的電路原理圖；圖4為本實用新型中光耦隔離電路、達林頓三極管陣列接口電路和保護繼電器的電路原理圖；圖5為本實用新型中PWM控制電路的電路原理圖。
具體實施方式
如圖2至圖5所示，本實用新型的具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，包括主功率電路、PWM控制電路、軟啟動電路、過流故障保護電路、超溫故障保護電路、光耦隔離電路、達林頓三極管陣列接口電路、保護繼電器、接觸器和指示燈電路。其中，本實用新型與圖1所示現(xiàn)有技術(shù)的大功率開關(guān)電源的主功率電路、PWM控制電路、軟啟動電路、過流故障保護電路、超溫故障保護電路和接觸器的連接方式和工作原理均相同，在此不再贅述。參見圖3，本實用新型的軟啟動電路包括延時電容C48、第一分壓電阻R87、第二分壓電阻R88、第三分壓電阻R89、第四分壓電阻R90、運算放大器U13A和二極管D37 ;第一分壓電阻R87的一端為軟啟動電路的輸入端，第一分壓電阻R87的另一端通過第二分壓電阻R88接地，第一分壓電阻R87和第二分壓電阻R88的連接點連接到運算放大器U13A的同相輸入端，延時電容C48與第二分壓電阻R88相并聯(lián)，軟啟動電路的輸入端通過第三分壓電阻R89和第四分壓電阻R90接地，第三分壓電阻R89和第四分壓電阻R90的連接點連接到運算放大器U13A的反相輸入端，運算放大器U13A的輸出端與二極管D37的陽極相連接，二極管D37的陰極為軟啟動電路的輸出端Softstart。在開關(guān)電源上電瞬間，運算放大器U13A的反相輸入端立即上升到8.6V,而同相輸入端電位由于有電容C48的原因存在有一個充電上升時間，在此時間內(nèi)運算放大器U13A的輸出電平均為低電平，當電容C48充滿電后，同相輸入端電位上升至9V，運算放大器U13A翻轉(zhuǎn)，軟啟動電路輸出高電平。
本實用新型的過流故障保護電路、超溫故障保護電路和主功率電路采用現(xiàn)有技術(shù)中常用的電路形式，超溫故障保護電路通過采用溫度傳感器監(jiān)測主功率電路中IGBT模塊的最高點溫度，其輸出端Tjneasure輸出超溫故障保護信號，溫度傳感器正常狀態(tài)下是常閉的，正常狀態(tài)下其輸出端Tjneasure輸出的超溫故障保護信號保持低電平，當監(jiān)測點溫度超過溫度傳感器的溫度設(shè)定值，溫度傳感器動作，其輸出端Tjneasure輸出的超溫故障保護信號跳變?yōu)楦唠娖?，發(fā)出超溫報警信號。過流故障保護電路通過采用霍爾電流傳感器監(jiān)測開關(guān)電源直流母線上的電流，過流故障保護電路的輸出端Ijneasure輸出過流故障保護信號，該過流檢測信號的幅值與直流母線電流成正比，當其增大到一定幅度時，過流保護動作，過流故障保護電路的輸出端Ijneasure輸出的過流故障保護信號跳變?yōu)楦唠娖?。參見圖4，本實用新型的光耦隔離電路包括第一光耦合器Ul、第二光耦合器U2和第三光耦合器U3 ;本實用新型的達林頓三極管陣列接口電路包括第一達林頓三極管和第二達林頓三極管，它們選用型號為ULN2803的接口芯片U5實現(xiàn)，本實用新型的保護繼電器由四個繼電器Κ1 (4組成，本實用新型的指示燈電路包括分別用于提示開關(guān)電源超溫、過流故障狀態(tài)和啟動狀態(tài)的四個指示燈LEDfLEDl該四個指示燈分別連接到相應(yīng)的電路接口上。本實用新型的接觸器作為大功率開關(guān)電源總電源開關(guān)，接在大功率開關(guān)電源的直流母線上；上述超溫故障保護電路的輸出端Tjneasure、過流故障保護電路的輸出端1_measure和軟啟動電路的輸出端Softstart分別接入第一光稱合器Ul、第二光稱合器U2和第三光稱合器U3的輸入端,第一光稱合器Ul和第二光稱合器U2的輸出端均分為兩路,該兩個光耦合器的第一路輸出端CTR2均連接到PWM控制電路的故障控制端CS，第一光耦合器Ul的第二路輸出端通過第一達林頓三極管連接到保護繼電器的輸入端，第二光耦合器U2的第二路輸出端通過第二達林頓三極管連接到保護繼電器的輸入端，保護繼電器的輸出端通過接口 Xl與接觸器的控制端相連接。另外，為了為PWM控制電路軟啟動提供足夠的驅(qū)動電流，并且充分利用ULN2803接口芯片U5的資源，上述軟啟動電路的輸出端Softstart通過ULN2803接口芯片U5中的一個達林頓三極管后再接入到PWM控制電路的啟動端SS，即UC3879主控制芯片的SS端。參見圖5，本實用新型的PWM控制電路由型號為UC3879的主控制芯片U9及其外圍電路組成，上述軟啟動電路的輸出端Softstart輸出的信號經(jīng)過光耦和達林頓三極管接入到UC3879主控制芯片U9的啟動端SS，在開關(guān)電源上電啟動時，啟動端SS的電位沿一斜率平滑上升，控制PWM控制電路輸出的PWM驅(qū)動信號平滑移相，避免起動過程弓I起的沖擊電流。上述超溫故障保護電路的輸出端T_measure和過流故障保護電路的輸出端I_measure輸出的信號經(jīng)過光耦隔離電路隔離后，一路分別接入UC3879主控制芯片U9的故障保護信號輸入CS端；在正常狀態(tài)時，CS端電位為0，UC3879主控制芯片U9的四路PWM信號正常輸出；當有超溫或過流故障發(fā)生時，CS端電位變?yōu)楦?，UC3879主控制芯片U9的四路PWM信號被封鎖，使主功率電路中的IGBT開關(guān)管可靠關(guān)斷；同時，上述超溫故障保護電路的輸出端Tjneasure和過流故障保護電路的輸出端Ijneasure輸出的信號經(jīng)過光耦隔離電路隔離后，另一路通過達林頓三極管陣列電路驅(qū)動保護繼電器動作，斷開功率主電路中的接觸器，使開關(guān)電源停機，待故障排除，PWM驅(qū)動信號恢復(fù)后，才可再次開機起動，進一步確保了開關(guān)電源的使用安全。另外，本實用新型超溫故障保護電路和第一光耦合器Ul之間、過流故障保護電路和第二光耦合器U2之間均連接有用于對輸入信號進行放大及濾除干擾噪聲預(yù)處理的放大及濾波電路，該放大及濾波電路可采用常用的放大電路和濾波電路連接組成。本實用新型不局限與上述具體實施方式
，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術(shù)思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本實用新型的保護范圍之中。
權(quán)利要求1.一種具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，包括主功率電路、PWM控制電路、軟啟動電路、過流故障保護電路和超溫故障保護電路，所述軟啟動電路的輸出端連接到PWM控制電路的啟動端(SS)，所述過流故障保護電路和超溫故障保護電路的輸出端分別連接到PWM控制電路的故障控制端(CS)，其特征在于:所述超溫故障保護電路和PWM控制電路的故障控制端(CS)之間連接有第一光耦合器(U1)，所述過流故障保護電路和PWM控制電路的故障控制端(CS )之間連接有第二光耦合器(U2 )，所述軟啟動電路和PWM控制電路的啟動端(SS)之間連接有第三光耦合器(U3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，其特征在于:所述的大功率開關(guān)電源還包括保護繼電器和作為大功率開關(guān)電源總電源開關(guān)的接觸器；所述第一光耦合器(Ul)和第二光耦合器(U2)的輸出端均分為兩路，該兩個光耦合器的第一路輸出端均連接到PWM控制電路的故障控制端(CS)，第一光耦合器(Ul)的第二路輸出端通過第一達林頓三極管連接到所述保護繼電器的輸入端，第二光耦合器(U2)的第二路輸出端通過第二達林頓三極管連接到所述保護繼電器的輸入端，保護繼電器的輸出端與所述接觸器的控制端相連接，所述接觸器接在大功率開關(guān)電源的直流母線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，其特征在于:所述超溫故障保護電路和第一光耦合器(Ul)之間、所述過流故障保護電路和第二光耦合器(U2)之間均連接有用于對輸入信號進行放大及濾除干擾噪聲預(yù)處理的放大及濾波電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，其特征在于:所述的大功率開關(guān)電源還包括分別用于提示開關(guān)電源超溫、過流故障狀態(tài)和啟動狀態(tài)的數(shù)個指示燈；所述數(shù)個指示燈分別連接到相應(yīng)的電路中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，其特征在于:所述軟啟動電路包括延時電容(C48 )、第一分壓電阻(R87 )、第二分壓電阻(R88 )、第三分壓電阻(R89)、第四分壓電阻(R90)、運算放大器(U13A)和二極管(D37);第一分壓電阻(R87)的一端為軟啟動電路的輸入端，第一分壓電阻(R87)的另一端通過第二分壓電阻(R88)接地，第一分壓電阻(R87)和第二分壓電阻(R88)的連接點連接到運算放大器(U13A)的同相輸入端，延時電容(C48)與第二分壓電阻(R88)相并聯(lián)，軟啟動電路的輸入端通過第三分壓電阻(R89 )和第四分壓電阻(R90 )接地，第三分壓電阻(R89 )和第四分壓電阻(R90 )的連接點連接到運算放大器(U13A)的反相輸入端，運算放大器(U13A)的輸出端與二極管(D37)的陽極相連接，二極管(D37 )的陰極為軟啟動電路的輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種具有軟啟動及故障保護的大功率開關(guān)電源，包括主功率電路、PWM控制電路、軟啟動電路、過流故障保護電路和超溫故障保護電路，所述軟啟動電路的輸出端連接到PWM控制電路的啟動端，所述過流故障保護電路和超溫故障保護電路的輸出端分別連接到PWM控制電路的故障控制端，所述超溫故障保護電路和PWM控制電路的故障控制端之間連接有第一光耦合器，所述過流故障保護電路和PWM控制電路的故障控制端之間連接有第二光耦合器，所述軟啟動電路和PWM控制電路的啟動端之間連接有第三光耦合器。本實用新型能夠免受主功率電路中變化的高壓和大電流干擾，實現(xiàn)平穩(wěn)的軟啟動和可靠的超溫、過流故障保護。
文檔編號H02H3/08GK202918187SQ20122058782
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者張興旺, 劉多亮, 賴前程 申請人:中國電器科學(xué)研究院有限公司