基于M51995A開關(guān)電源保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

張健++劉曉杰++俞洋++崔淵++王云松++季威志++張正燁++張文曄

摘 要：為了解決開關(guān)電源電路運(yùn)行中的安全問(wèn)題，基于M51995A電源芯片設(shè)計(jì)了開關(guān)電源的過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電路。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真表明，保護(hù)電路在開關(guān)電源電路過(guò)壓、過(guò)流等特殊情況下，能夠起到有效的保護(hù)作用，該電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；過(guò)壓保護(hù)；過(guò)流保護(hù)；M51995A電源芯片

中圖分類號(hào)：TM13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）11-0-02

0 引 言

隨著時(shí)代的前進(jìn)與社會(huì)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(shì)[1-3]，開關(guān)電源更是在計(jì)算機(jī)、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(wú)性能良好的保護(hù)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(jiàn)，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(hù)電路的設(shè)計(jì)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(jiǎn)介

M51995A是一款開關(guān)電源初級(jí)PWM 控制芯片，專為AC/DC變換設(shè)計(jì)，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(cè)變換、PWM鎖存、過(guò)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(dòng)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(guò)流時(shí)采用斷續(xù)方式工作可以有效保護(hù)二次電路。該芯片的主要特征如下：

（1）工作頻率低于500 kHz；

（2）輸出電流能夠達(dá)到±2 A；

（3）輸出上升時(shí)間為60 s，下降時(shí)間為40 s；

（4）起動(dòng)電流比較小，典型值為90 A；

（5）起動(dòng)電壓為16 V，關(guān)閉電壓為10 V；

（6）起動(dòng)電壓和關(guān)閉電壓的壓差大；

（7）過(guò)流保護(hù)采用斷續(xù)方式工作；

（7）用脈沖方法快速限制電流；

（8）欠壓、過(guò)壓鎖存電路。

3 實(shí)驗(yàn)仿真分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源保護(hù)電路的工作性能，我們采用計(jì)算機(jī)仿真軟件MultiSIM對(duì)所設(shè)計(jì)的保護(hù)電路做了軟件仿真測(cè)試。當(dāng)電源輸出電壓為60 Hz正弦波、有效值為24 V時(shí)，電源保護(hù)電路的光耦控制OVP端的信號(hào)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(hào)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(shí)，光耦輸入端沒(méi)有電壓信號(hào)不導(dǎo)通，OVP端電壓為0，電路處于保護(hù)工作狀態(tài)；電壓在0+24 V期間時(shí)，光耦輸入端有電壓信號(hào)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(guò)高時(shí)，OVP端電壓為0，電路處于保護(hù)工作狀態(tài)。40 V電壓信號(hào)的狀態(tài)圖如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明，當(dāng)電源輸出電壓范圍為0+24 V時(shí)，開關(guān)電源電路正常工作；當(dāng)電壓為負(fù)電壓時(shí)，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(hù)電路工作，電源輸出為0；當(dāng)輸出電壓高于+24 V時(shí)，OVP端電壓為0，開關(guān)電源進(jìn)入保護(hù)電路工作狀態(tài)，電源輸出0。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于M51995A電源芯片設(shè)計(jì)了開關(guān)電源的過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電路，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明，該電路設(shè)計(jì)合理，工作穩(wěn)定，電路設(shè)計(jì)可以有效降低電路的復(fù)雜程度和成本，能對(duì)開關(guān)電源電路進(jìn)行有效保護(hù)，從而使電源運(yùn)行安全可靠，設(shè)計(jì)完全能滿足系統(tǒng)性能的指標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

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