反激式开关电源设计系列-输入保护电路

反激式开关电源设计系列-输入保护电路反激式开关电源设计系列将按以下顺序进行详细讲解 1 输入保护电路 2 EMI 滤波电路 3 输入整流和滤波电路 4 漏极钳位电路 5 高频 开关 变压器 6 电源控制器及偏置电路 7 输出整流和滤波电路 8 取样电路与光耦反馈电路

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反激式开关电源设计系列将按以下顺序进行详细讲解:

1:输入保护电路

2:EMI滤波电路

3:输入整流和滤波电路

4:漏极钳位电路

5:高频(开关)变压器

6:电源控制器及偏置电路

7:输出整流和滤波电路

8:取样电路与光耦反馈电路。

本篇讲输入保护电路,如下图所示,L/N是交流220V输入线,其中输入保护器件由F1保

险线,R6压敏电阻,C11/C12安规电容,R5NTC电阻,L1共模电感组成。其中如C11、C12、L1同时也是EMI滤波器件,滤波功能在下节里讲。

反激式开关电源设计系列-输入保护电路

输入保护电路



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输入保护电路用于保护电源免受输入电源中的过电压、过电流和瞬态干扰等不良条件的影响。以下是几种常见的输入保护电路方案:

1. 过压保护电路:过压保护电路用于防止输入电源中的过电压情况。常见的过压保护电路方案:

压敏电阻:将压敏电阻串联在输入电路中,当输入电压超过其额定电压时,压敏电阻的电阻值迅速下降,将过压电流引导到地,保护其他电路。缺点是当压敏电阻工作时会快速发热,失效大多是短路状态,导致电路短路,烧坏保险丝。长期漏电路会影响压敏的使用寿命。

气体放电管:是一种具有高电压放电能力的元件,可用于保护电路免受过压损害。当电路中的电压超过气体放电管的击穿电压时,气体放电管会导通并提供一个低阻抗通路,将过压电流引导到地,从而保护其他电路。

压敏电阻+气体放电管:此方案结合二种器件的优点,防止压敏失效问题,实现保护,成本较高。

本例中仅使用一颗14D561的压敏电阻实现保护,当LN之间的电压超过AC350V实现钳位保护。以保护后端整电压不超过电源IC内置MOS的耐压。

2. 过流保护电路:过流保护电路用于防止输入电源中的过电流情况。常见的过流保护电路方案包括:

– 使用保险丝:将保险丝串联在输入电路中,当电流超过保险丝额定电流时,保险丝会断开电路,保护电源和其他电路。

-使用绕线功率电阻:根据电路的额定电流和设计要求,选择合适的绕线功率电阻,其额定电流应大于电路的最大工作电流。当电路中的电流超过绕线功率电阻的额定电流时,电阻器开始发热。随着电阻器发热,温度升高,导致电阻值增加,从而限制电流的流动。当电流超过绕线功率电阻的能力范围时,电阻器将达到其极限,无法继续承受过大的电流,从而起到保护电路的作用。

-NTC电阻保护:在电源上电瞬间,可能会出现较大的瞬时过流,这可能对电源和其他电路造成损害。为了应对这种情况,可以在输入电路中加入一个NTC电阻作为短时过流保护元件。NTC电阻是一种温度敏感电阻,其电阻值随温度升高而下降。具体工作原理如下:

1. 在电源刚刚上电时,输入电容器处于放电状态,电流突然增大,可能引起短时过流。

2. NTC电阻在初始状态下具有较高的电阻值,起到限制电流的作用。

3. 当电流增大时,NTC电阻因为通过电流而发热,温度上升,导致电阻值下降。

4. NTC电阻的温度敏感特性使其能够在短时间内提供较低的电阻,从而限制短时过流。

5. 随着时间的推移,NTC电阻的温度逐渐上升,电阻值逐渐恢复到正常工作状态下的较高电阻值。

本例中仅使用一颗1.25A的慢断保险丝和一颗NTC电阻(10K)实现过流保护

3. 瞬态干扰保护电路:瞬态干扰保护电路用于防止输入电源中的瞬态干扰,例如浪涌和电磁干扰。常见的瞬态干扰保护电路方案包括:

-X电容:X电容可提供以下作用

滤波作用:X电容用于滤除输入电源中的高频噪声和干扰。开关电源在工作时会引入一定的高频噪声,而X电容可以作为滤波器的一部分,通过对高频信号的短路作用,将其导向地,从而降低输入电源中的噪声水平。

防止电源抖动:开关电源中的开关动作可能会引起输入电源的短暂电压波动,称为电源抖动。X电容可以在瞬态过程中提供电流,从而减缓电压变化的速度,减少电源抖动的影响,保持输入电压的稳定性。

提供输入电流峰值:在开关电源启动时,会有较大的输入电流峰值需求。X电容能够储存电荷,并在开关启动时释放电荷,以满足瞬时高电流需求,保证开关电源正常启动和运行。

改善功率因数:通过适当选择和配置X电容,可以帮助改善开关电源的功率因数。功率因数是衡量电路对电网负载的有效利用程度的指标,通过添加适当的X电容,可以提高功率因数并减少谐波污染。

– 使用共模电感:共模电感在开关电源的输入端起到以下几个作用:

1. 抑制共模干扰:共模电感主要用于抑制输入电源线上的共模干扰信号。在开关电源的工作过程中,存在高频开关动作引起的电流脉冲,这些脉冲可能通过输入电源线传播到其他电路或设备中,引起共模干扰。共模电感通过其高阻抗特性,阻断共模噪声信号的传播,从而有效地抑制共模干扰。

2. 提供差模滤波:除了抑制共模干扰外,共模电感还可以提供差模滤波功能。差模滤波是指滤除输入电源线上的差模噪声信号,即两个导线之间的噪声信号。共模电感的特性使其在高频范围内表现出较低的电感值,能够提供对差模信号的较低阻抗路径,从而实现对差模噪声的滤波。

3. 电源线补偿:在开关电源工作时,输入电源线上可能存在较大的瞬态电流波动,这可能导致电源线阻抗变化和电压降低。共模电感可以通过其电感特性,在瞬态过程中提供电流补偿,维持输入电源线的稳定性,减少电源线电压的波动。

综上所述,共模电感在开关电源的输入端起到抑制共模干扰、提供差模滤波和电源线补偿的作用。它们对于保障开关电源的电磁兼容性(EMC)和提高系统性能至关重要。正确选择和配置共模电感能够有效地减少电源线上的干扰,并提供稳定、可靠的电源供应。

本例中仅使用二颗X电容和一个共模电感实现保护,以应对EMC 4级实验要求。

输入保护电路可根据产品要求进行修改,适当删减一些器件以降低成本。比如减少一颗X电容,比如减少共模电感等。

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