原创 开关电源学习笔记

2019-9-7 08:35 1202 8 7 分类: 电源/新能源

开关电源学习笔记

一、交流电力线的浪涌保护

  IEEE 587标准,如图所示,在低、中、高暴露程度的场合,从统计上按年预期,浪涌数量是电压的幅值的函数。

(1)低暴露程度。系统所在地理位置闪电活跃度低,很少负荷开关活动。

(2)中等暴露程度。系统在地理位置闪电活跃度高,有频繁和严重的开关瞬变活动。

(3) 高暴露程度。少见的由长的架空线路供电的实际系统,在输电线的终端易受到反射影响,此处设备特性在高应力下产生大的过负荷火花放电。

  在一个中等暴露程度的场合,一个5KV尖峰的预期至少一年一次。更值得注意的是,在同样这段时期内,1KV2KV范围内的瞬变将会发生几百次。因为即使是这些较低应力的瞬变就足以损坏无保护的设备,所以很显然,在任何到电力线的电子设备中,某些形式的保护是必需的。

理想的瞬变抑制器作会在正常电压下开路,在轻微过压的情况下可列延时地导电,在钳位期内不允许电压增大,能承受无限制的电流和功率,当应作用过去后到开路状态,并且永不损坏。

在低强度的A类别场合,普遍地采用硅压敏电阻与瞬态抑制二极管、滤波电感和电容结合使用。在更高功率的B类场合,这些器件与更高额定电流和气体放电管或火花间隙配合使用。当使用气体放电装置时,也可安装快速响应的熔断器或断路器。

    金属氧化物压敏电阻的主要优点成本低和相当高的瞬变能量吸收能力。缺点是反复的过压下会逐渐老化并具有相当大的动态电阻。在中、高危险位置场合相当不适合使用。压敏电阻有相当高的动态电阻,意味着这对大电流瞬变情况的钳位作用是很小的,即使是低压压敏电阻在瞬变几十安培时两端电压也会超过1000伏。

    瞬变保护二极管是由一个为高瞬变能力而配置的雪崩电压钳位器件构成的二极管,分为单向和双向两种。优点:钳位动作非常快雪崩条件能布告个纳秒内建立;在导通范围内的动态电阻非常低。当瞬变电流高达几百安培时两端电压才几伏,在任何瞬变应力升高到二极管的最大电流容量时,瞬态二极管都能提供非常可靠和有效的电压钳位。缺点:价格高和有限的电流容量。如果二极管短路,它将对短路的情形无为力,这种情况下维持设备的保护,通常要使用外部熔断器熔断或断路器断开。

    充气浪涌放电器由两个或更多的电极在密封的高压惰性气体环境时被精确地设置了间距,当放电器两端电压超过起弧电压时,电极之间首先发生了一条低阻抗的通道。当冲击电压到来时,放电器电极仅维持很小的电压,有效地短路电源。此工作模式的内部损耗很小,一个相当小的器件也能承担几千安培的电流。使用这种器件,保护作用为中不是把能量消耗在器件的内部而是器件的短路作用,短路迫使瞬变能量消耗在电力线和滤波器的串联电阻上。缺点:对过压应力的反应速度相对慢。当瞬变过程结束时仍有维持导通的倾向。在交流电供电时,当供电压在半个周期之末降到弧压降以下时气阻塞作用应正常恢复。然而,交流电源内阻非常小,如果电流超过了器件的额定电流值,那么高的内部温度将阻止正常的电弧消失,因此会维持器件导通。在瞬变结束后,由交流电源供给的后续电流将会很快地损坏放电器。因此,有必要在电力线上安装某种限流器与这类放电器一同使用,可选用速断型熔断器或快速响应的电磁式断路器。

交流滤波器和瞬变抑制器的组合作用

因为交流阻抗机低,通常有必要引入限制电阻与电力线串联还减小分流连接抑制器所受的应力,但为了效率我们通常使用电感。因为它同时还能为瞬变抑制电路提供附加滤波功能,有助于限制线载噪声和滤波电源产生的噪声。因此瞬变抑制通常会与开关电源所需的典型EMI噪声滤波电路结合使用。

A类别瞬变抑制滤波器



如上图,电感L1L2及电容C1-C4组成了普通噪声滤波网络。在此滤波网络的输入端压敏电阻MOV1MOV2MOV3提供了对产生交流线路的瞬变压力的第一级保护。在非常短的动态高压瞬变过程中,压敏电阻的钳位作用与在串联电感上的电压降一起,阻止了大部分的瞬变电压向输出端的传导。

在更持久应力的情况下,电感L1L2所流过的电流将增大到某值,此值能使电容C2C3C4充电到能使瞬态二极管ZD1ZD2ZD3导通的电压值。在所有的电流应力升高到这些瞬态抑制二极管的雪崩电压钳位值时,这些二极管能防止输出电压超过它们的额定钳位值。如果达到这一电平值时二极管仍未能使电路短路来烧掉保护熔断器FS1,那么整个设备将处于不安全状态。然而,这种非常高的电压应力不会发生在A类别的场合。

B类别瞬变抑制滤波器

如上图所示的电路应用于B类别的场所使用,但更方便的是采用小的低成本的气体放电抑制器来提供额外的保护。该电路组合了所有三种保护装置的优点,并且有完全的共模和差模滤波网络。

共模滤波电感L3ab由附加的串联电感L1L2来补充性能。这些电感与C1~C5一起,为共模和差模传导瞬变和RFI噪声提供了强有力的滤波。这种电路也可用来补充或代替开关电源和常用输电线滤波器。这一电路以最有效方式结合了三种抑制器件的全部优点。对于很快的瞬变过程,输入压敏电阻V1V2V3L1L2L3C1~C5一起提供了对瞬变有效的衰减。对于持续时间较长的中等应力场合,电感中的电流将增大,输出电压也将增至刚好能使输出瞬变保护二极管D1D2D3导通来保护负载。

这种B类别抑制器的主要优点是幅值大且持续时间长的应力情况下,三端充气浪涌放电器GT1将被施加很高的冲击电压,有效地短接所有线路包括瞬变电压到地。三端充气浪涌放电器的优点是不管初始应力来源于哪条线,把所有线都短接到地。

作者: 法师, 来源:面包板社区

链接: https://www.mianbaoban.cn/blog/uid-me-413957.html

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文章评论 1条评论)

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curton 2019-9-8 21:06

学习了
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法师 2019-03-26 08:38
我与电子
我与电子 其实我的学习成绩差得很,尤其是语文、政治。我背背的就想骂人,还有很什么红学会的,气的我牙直疼。这些只表达我个人看法,可能有些人喜欢卖弄吧,这些都与我无关。但为了升学还得努力去背不知所云...
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