保护电路设计参考

产品与应用具有多种保护功能电路的设计钱金川1刘淑霞2朱守敏3(1．上海高企电器有限公司，上海201602；2．牡丹江技师学院，黑龙江牡丹江1570093．浙江泰华电器有限公司，浙江乐清325604)摘要本文对过压及欠压延时保护以及相序保护、灵敏度等保护功能，从保护电路相应时序图和其工作原理都一并给予了详细介绍。

该保护电路有过压，欠压、相序、灵敏度等多种保护功能，且保护延时可调，可广泛用于上述保护场所进行相应的电器设备保护。

关键词：过欠压保护；相序保护；灵敏度保护；工作时序图；原理分析；矢量分析图；使用场合C i r cui tD esi gn of M ul t i—pr ot ect i ng Funct i onQ i a n Ji nchuan】L i u Shuxi az Z hu Shoum i n3(1．S hanghai C O C H El e．A ppl i anc es C o．，L t d．，Shang hai201602；2．M udanj i ang Seni or Tec hni c al School，M udanj iang，H eil ongj i ang157009；3。

Zhej i ang Tai h ua El e．A ppl i a nc es C o．，Lt d．，Y ueqi ng，Z hej i ang325604)A b st r a ct Thi s paper det a i l ed i nt r od uced m any prot e c t i ng f unc t i ons s uch as over-vol t a ge，un der-vol t age，ph as e—s equen ce，qui ck—r esponse f un ct i on f r omt he di re ct i on of r el e va nt s equence char t and oper at i ng pri nci pl e．The prot ect i ng del ay—t i m e is adj us t abl e and i t c an be w i l dl y used i n m any si t uat i on t o prot e ct t he el ect r i ca l e qui pm ent．K ey w or d s：ove r-vol t age prot e c t i on：under-vol t a ge prot e ct i on：pha se se quence pr ot ect i on：qui c k—re s ponse prot ect i on oper at i ng s equ ence cha rt；pri nci pl e a na l ysi s；ve ct or a nal ysi s di ag r am；usi ng si t uat i on1引言在工业控制中，用电设备通常工作在三相电源中，而很多用电没备在使用中对相应提供的工作电源有着较高的要求。

buck型dc-dc变换器中保护电路的设计Buck型DC-DC变换器是一种常见的降压型电源转换器，广泛应用于各种电子设备中。

在进行Buck型DC-DC变换器的设计过程中，保护电路的设计非常重要，可以保护变换器及其他电路不受损坏，保证电源系统的正常运行。

保护电路主要包括输入端和输出端的保护。

在输入端，保护电路的设计主要是为了防止输入电压过高或过低、瞬时过流和输入短路等情况对变换器产生不利影响。

一般情况下，设计输入端的保护电路主要包括过压保护、欠压保护和输入限流等功能。

首先，过压保护是为了防止输入电压超过变换器的额定输入电压范围，对于Buck 型DC-DC变换器来说，一般输入电压范围是相对稳定的，因此可以通过过压保护电路检测输入电压，并在超过设定阈值时触发保护措施，例如通过断开输入电源或者切断输入端的电流流通路径等方式。

其次，欠压保护是为了防止输入电压过低而影响Buck型DC-DC变换器的正常工作。

一般来说，欠压保护可以通过监测输入电压并在低于设定阈值时触发保护措施，如停止输出电流或关闭整个变换器等方式。

最后，输入限流是为了防止输入电流瞬时过高而损坏Buck型DC-DC变换器。

输入限流电路主要通过设置合适的电流检测电阻和比较器等元件来实现，当输入电流超过预设阈值时，可以通过控制开关管或采取其他措施限制输入电流值。

在输出端，保护电路的设计主要是为了防止输出端负载短路、过载和过压等情况对Buck型DC-DC变换器产生不利影响，同时保护被供电电路不受损坏。

首先，负载短路保护是为了防止输出端负载短路时产生大电流对Buck型DC-DC 变换器和被供电电路造成损坏。

负载短路保护电路主要包括电流检测电阻、比较器和限流电路等元件，当输出电流超过设定阈值时，保护电路会采取相应的控制措施，如限制电流或断开输出电源等。

其次，过载保护是为了防止输出端负载电流过大而超过Buck型DC-DC变换器的额定输出能力，导致器件及电路故障。

保护电路设计方法- 过电压保护2.过电压保护⑴过电压的产生及抑制方法①过电压产生的原因对于IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD逆向恢复时，产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感，就产生了L di/dt电压（关断浪涌电压）。

这里，以IGBT关断时的电压波形为例，介绍产生原因和抑制方法，以具体电路（均适用IGBT/FWD）为例加以说明。

为了能观测关断浪涌电压的简单电路的图6中，以斩波电路为例，在图7中示出了IGBT关断时的动作波形。

关断浪涌电压，因IGBT关断时，主电路电流急剧变化，在主电路分布电感上，就会产生较高的电压。

关断浪涌电压的峰值可用下式求出：V CESP=E d＋(-L dI c/dt)式中dl c/dt为关断时的集电极电流变化率的最大值；V CESP为超过IGBT的C-E间耐压(V CES)以至损坏时的电压值。

②过电压抑制方法作为过电压产生主要因素的关断浪涌电压的抑制方法有如下几种：1.在IGBT中装有保护电路（=缓冲电路）可吸浪涌电压。

缓冲电路的电容，采用薄膜电容，并靠近IGBT配置，可使高频浪涌电压旁路。

2.调整IGBT的驱动电路的V CE或R C，使di/dt最小。

3.尽量将电件电容靠近IGBT安装，以减小分布电感，采用低阻抗型的电容效果更佳。

4.为降低主电路及缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好，用铜片作接线效果更佳。

⑵缓冲电路的种类和特缓冲电路中有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓冲电路二类。

①个别缓冲电路为个别缓冲电路的代表例子，可有如下的缓冲电路1.RC缓冲电路2.充放电形RCD缓冲电路3.放电阻止形RCD缓冲电路表3中列出了每个缓冲电路的接线图。

特点及主要用途。

表3 单块缓冲电路的接线圈特点及主电用途②整体缓冲电路作为这类缓冲电路的代表例子，有下面几种缓冲电路1.C缓冲电路2.RCD缓冲电路最近，为简化缓冲电路的设计，大多采用整体缓冲电路。

电源输入保护电路设计
电源输入保护电路设计主要包括以下几个步骤：
输入滤波器设计：输入滤波器用于抑制电磁干扰（EMI）和传导干扰，同时防止电源线上的噪声干扰进入电源系统。

滤波器一般由电感器和电容器组成的元件，能够吸收或反射特定频率的信号，以减小噪声的影响。

浪涌电流抑制：浪涌电流指的是电源开启或关闭时瞬间通过电源的电流。

浪涌电流可能对电源系统造成损坏，因此需要采取措施进行抑制。

常用的浪涌电流抑制元件包括保险丝、气体放电管、压敏电阻等。

雷电保护：雷电是一种强大的自然能量，能够产生高电压和大电流。

如果不加以保护，雷电可能会对电源系统造成严重损坏。

因此，需要在电源输入端安装雷电保护装置，如MOV（金属氧化物变阻器）等。

欠压保护：当输入电压过低时，可能会对电源系统造成损坏。

因此，需要设计欠压保护电路，当输入电压低于安全阈值时自动切断电源。

过压保护：当输入电压过高时，也可能会对电源系统造成损坏。

因此，需要设计过压保护电路，当输入电压高于安全阈值时自动切断电源。

静电放电（ESD）保护：静电放电可能会对电子设备造成损坏，因此需要设计ESD
保护电路，以防止静电放电对电源系统的损害。

总之，电源输入保护电路设计需要充分考虑各种可能出现的异常情况，并采取相应的保护措施，以确保电源系统的安全和稳定。