摘要：过流保护的设计是否合理直接影响到铃流电源的电气性能和可靠性。对铃流电源的过流保护机理进行了分析，并给出了一种简单、稳定、可靠的保护方法。
关键词：正弦波脉宽调制；铃流电源；过流保护
1 引言
铃流电源模块是一种小功率DC/AC逆变器，多用在通信系统和声纳系统中。前不久，我公司研制了一种高性能铃流模块，设计要求在输入DC36～72V，环境温度0～70℃的条件下必须保证稳定、可靠地输出75V 25Hz30VA。在研制过程中，我们发现，过流保护成为影响该铃流电源的电气性能和可靠性的关键。
2 电路原理及限流保护分析
该铃流模块的原理框图如图1所示，采用SPWM电路，详细介绍请参考有关资料。
图1 铃流模块原理框图
实际上SPWM电路已带有限流保护，对输入电流进行限制，但由于铃流电源输入电压范围宽，导致其输入侧电流变化也较大，这就给限流保护的实现带来一定困难。就该铃流电源来说，在额定输出情况下，如果我们在额定输入电压（DC48V）时整定过流保护点，那么在输入电压下降到DC36V时，将使输出波形失真，出现削顶现象〔如图2(b)所示〕；而当输入电压上升到DC72V时又不能可靠地实现过流保护，易造成铃流电源因过负荷而损坏。因此，要想精确地实现过流保护只能对输出侧电流进行限制。
(a) 正常输出电压波形 (b) 限流后输出电压波形
图2 限流保护的影响
3 限流保护的两个方案
3.1 方案1
方案1原理图如图3所示。R8为输出电流取样电阻，电源正常工作时，在正半周D1不导通，a点电位为0.6V（这里，我们假定二极管的管压降均为0.6V）,b点电位为：
UR8×R4/（R1＋R4）－UD5<0.6V
图3 方案1原理图
U2A输出负电压，D4不导通，Q1不动作；同理，负半周时，Q1也不动作。如果电路有过流现象产生，假定在正半周过流，在R8上产生正电压UR8，使b点的电位：
UR8×R4/（R1＋R4）－UD5>0.6V
U2A输出正电压，D4导通，Q1动作，通过光耦U1送出关断信号，电源截止。同理，在负半周产生过流时，保护电路动作，也能使铃流电源截止。
该电路在理论上是可行的，但是在实验时我们发现过流保护点随温度的变化而变化，室温时过流保护点为0.41A，环境温度70℃（壳温90℃）时，过流保护点降为0.28A，不能输出额定功率。仔细分析发现这是由于二极管的管压降随温度变化引起的。温度升高，二极管的管压降降低，过流保护点降低，电源就不能输出额定功率。温度降低，二极管的管压降升高，过流保护点也升高。如果环境温度变化不大，该电路还是一种不错的保护方案，但环境温度变化较大时就不可行了。
3.2 方案2
方案2原理图如图4所示。R4为输出电流取样电阻，电源正常工作时，U2A输出电压不足以使D3（9.1V）或D4（9.1V）击穿导通，Q1或Q2不导通，过流保护电路不动作。如果电路有过流现象产生，假定在正半周过流，U2A输出负电压，使得D3击穿，D4导通，Q2导通，电流流经D2、U1、R8、Q2、R1，光耦U1输出过流信号，电源截止。若负半周过流，U2A输出正电压，使得D4击穿，D3导通，Q1导通，电流流经R7、Q1、U1、R8、D1，光耦U1输出过流信号，电源截止。这样，只要电路有过流现象发生，保护电路就会立即动作，对电源进行保护，防止损坏。
图4 方案2原理图
方案2的温度分析：室温下，U2A输出的电压能使过流保护电路动作的最小正电压为：D4的稳压值和D3、Q1、U1、D1的导通电压的和，约为12V。当温度升至90℃(当环境温度是70℃，模块壳温约为90℃，控制电路的温度也约为90℃)时，D3、Q1、U1、D1导通电压降低，但D4的稳压值却有所升高，起到一定的温度补偿作用，此时所需的最小正电压约为11.55V，过流保护点变化了(12－11.55)/12=3.75％。按此计算，如果室温下过流点整定为0.42A，环境温度70℃时的过流点变为约0.404A。模块仍能输出额定功率。当U2A输出负电压时，可得出相同的结果。
4 结语
实验证明，这是一种可行的保护方案，如果常温时整定过流保护点为0.42A，输入电压在DC 36V至DC 72V间，环境温度0℃至70℃，可将过流点稳定地限定在0.405A至0.425A之间。而且，使用该电路，可以大大减小输出电流取样电阻的阻值，提高整机效率。总之，这个电路完全能够保证铃流电源模块安全、稳定、可靠地工作。
该种模块已批量投产，并得到用户的好评。
作者简介
吴立勇（1975－）男，助理工程师，从事开关电源研发。
侯宪伦（1957－）男，山东凯华电源有限责任公司总经理，副研究员，从事自动控制及开关电源研发。
郭新玲（1958－）女，工程师，从事开关电源研发。
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