基于M51995A開關電源保護電路的設計

張健++劉曉杰++俞洋++崔淵++王云松++季威志++張正燁++張文曄

摘 要：為了解決開關電源電路運行中的安全問題，基于M51995A電源芯片設計了開關電源的過壓和過流保護電路。通過實驗仿真表明，保護電路在開關電源電路過壓、過流等特殊情況下，能夠起到有效的保護作用，該電路具有結構簡單、可靠性高等優點。

關鍵詞：開關電源；過壓保護；過流保護；M51995A電源芯片

中圖分類號：TM13 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-0-02

0 引 言

隨著時代的前進與社會的發展，開關電源已逐漸代替傳統的鐵心變壓器電源。開關電源的集成化與小型化正逐步成為發展趨勢[1-3]，開關電源更是在計算機、通信、電器等領域得到廣泛應用[4]。但開關電源系統若無性能良好的保護電路便很容易導致儀器壽命的縮短甚至使儀器受到損壞。由此可見，為了能夠讓開關電源在惡劣環境以及突發故障的情況下安全穩定的工作，保護電路的設計就顯得尤為重要。開關電源的基本結構框圖如圖1所示。

1 M51935AFP開關穩壓芯片簡介

M51995A是一款開關電源初級PWM 控制芯片，專為AC/DC變換設計，芯片功能如表1所列。它主要包括振蕩器、PWM比較、反饋電壓檢測變換、PWM鎖存、過壓鎖存、欠壓鎖存、斷續工作電路、斷續方式和振蕩控制電路、驅動輸出及內部基準電壓等。

M51995A既具有快速輸出和高頻振蕩能力，又具有快速響應的電流限制功能[5]。此外，過流時采用斷續方式工作可以有效保護二次電路。該芯片的主要特征如下：

（1）工作頻率低于500 kHz；

（2）輸出電流能夠達到±2 A；

（3）輸出上升時間為60 s，下降時間為40 s；

（4）起動電流比較小，典型值為90 A；

（5）起動電壓為16 V，關閉電壓為10 V；

（6）起動電壓和關閉電壓的壓差大；

（7）過流保護采用斷續方式工作；

（7）用脈沖方法快速限制電流；

（8）欠壓、過壓鎖存電路。

3 實驗仿真分析

為進一步驗證所設計的開關電源保護電路的工作性能，我們采用計算機仿真軟件MultiSIM對所設計的保護電路做了軟件仿真測試。當電源輸出電壓為60 Hz正弦波、有效值為24 V時，電源保護電路的光耦控制OVP端的信號輸出狀態如圖4所示。

圖4中的仿真結果表明，輸出電壓信號變化控制光耦的導通，從而控制了光耦OVP端的電壓輸出，當電源輸出電壓在0 V-24 V期間時，光耦輸入端沒有電壓信號不導通，OVP端電壓為0，電路處于保護工作狀態；電壓在0+24 V期間時，光耦輸入端有電壓信號作用而導通，OVP端電壓為+5 V，電路處于正常工作狀態。當輸出電壓過高時，OVP端電壓為0，電路處于保護工作狀態。40 V電壓信號的狀態圖如圖5所示。

實驗仿真結果表明，當電源輸出電壓范圍為0+24 V時，開關電源電路正常工作；當電壓為負電壓時，光耦中的二極管反向截止，OVP端電壓為0，開關電源的保護電路工作，電源輸出為0；當輸出電壓高于+24 V時，OVP端電壓為0，開關電源進入保護電路工作狀態，電源輸出0。

4 結 語

本文基于M51995A電源芯片設計了開關電源的過壓和過流保護電路，通過計算機仿真結果表明，該電路設計合理，工作穩定，電路設計可以有效降低電路的復雜程度和成本，能對開關電源電路進行有效保護，從而使電源運行安全可靠，設計完全能滿足系統性能的指標要求。

參考文獻

[1] 歐浩源，丁志勇.電流控制型脈寬調制器UC3842在開關電源中的應用[J]. 今日電子，2008（C00）：88-89.

[2] 王朕，潘孟春，單慶曉.UC3842應用于電壓反饋電路中的探討[J].電源技術應用，2004（8）：480-483.

[3] 關振源，張敏.基于電流型PWM控制器的隔離單端反激式開關電源[J].電子元器件應用，2005（2）：21-23.

[4] 許燕雯.多路數控精密開關電源的控制系統研究[D].杭州：浙江大學， 2003.

[5] 高建強，徐見煒.基于M51995A的開關電源設計[J].科技視界，2011（6）：58-59.