基于M51995A開關(guān)電源保護電路的設(shè)計

引 言

隨著時代的前進與社會的發(fā)展，開關(guān)電源已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐵心變壓器電源。開關(guān)電源的集成化與小型化正逐步成為發(fā)展趨勢 [1-3]，開關(guān)電源更是在計算機、通信、電器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[4]。但開關(guān)電源系統(tǒng)若無性能良好的保護電路便很容易導(dǎo)致儀器壽命的縮短甚至使儀器受到損壞。由此可見， 為了能夠讓開關(guān)電源在惡劣環(huán)境以及突發(fā)故障的情況下安全穩(wěn)定的工作，保護電路的設(shè)計就顯得尤為重要。開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

1 M51935AFP開關(guān)穩(wěn)壓芯片簡介

M51995A 是一款開關(guān)電源初級PWM 控制芯片， 專為AC/DC 變換設(shè)計，芯片功能如表 1 所列。它主要包括振蕩器、PWM 比較、反饋電壓檢測變換、PWM 鎖存、過壓鎖存、欠壓鎖存、斷續(xù)工作電路、斷續(xù)方式和振蕩控制電路、驅(qū)動輸出及內(nèi)部基準(zhǔn)電壓等。

M51995A既具有快速輸出和高頻振蕩能力，又具有快速響應(yīng)的電流限制功能[5]。此外，過流時采用斷續(xù)方式工作可以有效保護二次電路。該芯片的主要特征如下：

(1) 工作頻率低于 500kHz；

(2) 輸出電流能夠達到 2 A；

（3）輸出上升時間為 60 s，下降時間為 40 s ；

(4) 起動電流比較小，典型值為 90A；

(5) 起動電壓為16V，關(guān)閉電壓為10V；

(6) 起動電壓和關(guān)閉電壓的壓差大；

(7) 過流保護采用斷續(xù)方式工作；

(8) 用脈沖方法快速限制電流；

(9) 欠壓、過壓鎖存電路。

OVP 是電源過壓檢測端，它取決于反饋電路中電流的大小。因為它直接影響光耦輸出級的導(dǎo)通程度（Uce），從而影響到 OVP 端的電位 VOVP。

2.2 過流保護電路設(shè)計

由于隔離變壓器原邊開關(guān)管是單向驅(qū)動的，所以只做正極限保護即可。變壓器第三邊繞組單向脈動信號經(jīng)二極管整流及RC 濾波后送至CLM+ 端，做為正極限過流保護。過流保護電路的設(shè)計如圖 3 所示。

一般情況下，CLM ＋或CLM －的電壓閾值過大（超過＋ 200 mV/-200 mV）時，過流信號將控制輸出截止，并且將這個截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)到下一個周期。下個周期開始時才會重新恢復(fù)，形成所謂的 逐脈沖電流控制 。為了消除寄生電容引起的噪聲電壓的影響，需要使用RC 組成的低通濾波器。

3 實驗仿真分析

為進一步驗證所設(shè)計的開關(guān)電源保護電路的工作性能， 我們采用計算機仿真軟件MultiSIM 對所設(shè)計的保護電路做了軟件仿真測試。當(dāng)電源輸出電壓為 60 Hz 正弦波、有效值為24V 時，電源保護電路的光耦控制 OVP 端的信號輸出狀態(tài)如圖 4所示。

圖 4 中的仿真結(jié)果表明，輸出電壓信號變化控制光耦的 導(dǎo)通，從而控制了光耦 OVP 端的電壓輸出，當(dāng)電源輸出電 壓在 0 V -24 V 期間時，光耦輸入端沒有電壓信號不導(dǎo)通， OVP 端電壓為 0，電路處于保護工作狀態(tài) ；電壓在 0 +24 V 期間時，光耦輸入端有電壓信號作用而導(dǎo)通，OVP 端電壓為 +5 V，電路處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)輸出電壓過高時，OVP 端 電壓為 0，電路處于保護工作狀態(tài)。40 V 電壓信號的狀態(tài)圖 如圖 5 所示。

實驗仿真結(jié)果表明，當(dāng)電源輸出電壓范圍為0+24 V時 ， 開關(guān)電源電路正常工作；當(dāng)電壓為負(fù)電壓時，光耦中的二極管反向截止，OVP端電壓為0，開關(guān)電源的保護電路工作，電源輸出為0；當(dāng)輸出電壓高于 +24V 時，OVP 端電壓為0，開關(guān)電源進入保護電路工作狀態(tài)，電源輸出0。

結(jié) 語

本文基于M51995A電源芯片設(shè)計了開關(guān)電源的過壓和過流保護電路，通過計算機仿真結(jié)果表明，該電路設(shè)計合理，工作穩(wěn)定，電路設(shè)計可以有效降低電路的復(fù)雜程度和成本，能對開關(guān)電源電路進行有效保護，從而使電源運行安全可靠，設(shè)計完全能滿足系統(tǒng)性能的指標(biāo)要求。