開關(guān)電源的可靠性直接影響到電子產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性。文中從相關(guān)數(shù)控系統(tǒng)開關(guān)電源的各種保護電路著手，分析設(shè)計了數(shù)控開關(guān)電源的軟啟動電路，過壓保護、過流保護、欠壓保護等電路的工作原理和具體設(shè)計方法，解決了數(shù)控開關(guān)電源的工作可靠性問題，為數(shù)控系統(tǒng)的批量生產(chǎn)供應(yīng)了保障。精密機床數(shù)控系統(tǒng)使得加工零件的精度有了穩(wěn)定的保證，在目前機械加工中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

引言

開關(guān)電源電路負(fù)責(zé)為整個機床數(shù)控系統(tǒng)各部分設(shè)備供應(yīng)電源。本文重要介紹了一種機床數(shù)控系統(tǒng)用開關(guān)電源各種保護電路的工作原理和實現(xiàn)方法，通過實際研制，使得該系統(tǒng)開關(guān)電源穩(wěn)定性大大提高，保護功能穩(wěn)定可靠，滿足了批量生產(chǎn)要求。

1保護電路工作原理分析

機床數(shù)控用開關(guān)電源包含有軟啟動保護、過壓保護、過流保護、欠壓掉電保護等電路。

(1)軟啟動電路

由于開關(guān)電源輸入整流電路后級大多采用電容性濾波電路濾波，在電源合閘瞬間，往往會出現(xiàn)電流幅值高達幾十甚至幾百安培的浪涌電流，此種浪涌電流十分有害，會造成開關(guān)電源啟動故障甚至損壞。常用的軟啟動電路有可控硅和限流電阻組成的防浪涌軟啟動保護、繼電器觸點組成的軟啟動保護、負(fù)溫度系數(shù)電阻組成的軟啟動保護電路等。

本系統(tǒng)開關(guān)電源采用負(fù)溫度系數(shù)電阻組成的軟啟動保護電路，簡單實用，工作可靠。如圖1,220V交流電經(jīng)線圈L1濾波共模干擾后，整流出現(xiàn)約三百伏左右直流電壓，RT電阻為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，型號為M02-7Ω。當(dāng)電源合閘瞬間，浪涌電流使得熱敏電阻發(fā)熱，阻值迅速減小，輸出直流電壓逐漸建立，可有效防止浪涌電流對電源電路的沖擊，使得整個電源半橋變換電路穩(wěn)定可靠。

圖1負(fù)溫度系數(shù)電阻組成的輸入軟啟動電路

在開關(guān)電源啟動時，由于脈寬調(diào)制器尚未建立穩(wěn)定的驅(qū)動脈沖，需采取措施使得驅(qū)動脈沖逐漸建立起來，該開關(guān)電源脈寬調(diào)制器采用性價比較高的脈寬調(diào)制器TL494。如圖2,TL494的第四腳為死區(qū)控制，它既可以為變換功率管供應(yīng)安全的死區(qū)時間控制，也可以作為驅(qū)動芯片的軟啟動控制。開機瞬間，電容器C1上未建立電壓，+5V通過電容C1送TL494:4腳，封鎖脈寬調(diào)制器的輸出脈沖。隨著電容C1兩端電壓逐漸升高，TL494:4腳電壓逐漸下降，驅(qū)動脈沖寬度逐漸展寬。當(dāng)輔助電源+15V出現(xiàn)故障時，三級管V1迅速導(dǎo)通，+5V電壓經(jīng)三極管V1送TL494:4腳，切斷驅(qū)動脈沖，使開關(guān)電源停止工作而不致?lián)p壞。

圖2利用TL494:4腳進行驅(qū)動軟啟動及電源保護

(2)過壓保護電路

通常的數(shù)字信號處理電路大多采用TTL或CMOS系列的集成門電路。關(guān)于TTL集成門電路，往往工作電壓不能大于5.5V。該數(shù)控系統(tǒng)開關(guān)電源輸出有多路，有+5V,+15V,-15V,+24V等多路輸出，在開關(guān)電源系統(tǒng)中，對主變換電壓+5V進行過壓保護，具體電路見圖3。

圖3數(shù)控開關(guān)電源過壓保護電路

工作原理：數(shù)控開關(guān)電源由輔助電源+15V供應(yīng)給可控硅V4管陽極工作電壓，實際輸出取樣電壓送至穩(wěn)壓管V5,當(dāng)超出保護電壓閾值+5.5V時，輸出電壓經(jīng)穩(wěn)壓管、電阻R3、R4分壓觸發(fā)可控硅V4導(dǎo)通，將輔助電源+15V通過電阻R1接地，同時通過二極管V2切斷8腳電源。調(diào)節(jié)Rp電位器，可以對輸出電壓保護閾值點進行設(shè)置。

(3)過流保護電路

本開關(guān)電源過流保護電路的工作原理見圖4。變壓器T1原邊串接在開關(guān)電源主變壓器原邊回路中，通過實驗選擇合理的變壓器原副邊匝數(shù)比，感應(yīng)開關(guān)電源變換時的原邊電流值，經(jīng)二極管V1~V4整流，R1、C1濾波后送電位器Rp。原邊電流越大，電流取樣變壓器整流出的電壓越大，電位器Rp中心點電壓越低，TL494:2腳電壓隨之下降，使得TL494:3腳電壓升高，送入脈寬調(diào)制器，將TL494驅(qū)動脈沖寬度逐漸減少，從而得到過流保護的目的。圖中電容C4、C5、R10為TL494誤差放大器的反饋元件，使得放大電路穩(wěn)定可靠。

圖4數(shù)控開關(guān)電源過流保護電路電路圖

(4)欠壓保護電路

利用+5V及pF(pOWERFAIL)信號進行比較，在+5V掉電時，pF信號至少需維持10ms時間，以便存儲相關(guān)信息。欠壓保護電路如圖5所示。

(a)利用LM339電壓比較器實現(xiàn)的掉電保護

(b)上電時序及掉電保護時序圖

圖5數(shù)控開關(guān)電源的欠壓保護電路

2保護電路調(diào)試與實現(xiàn)

(1)軟啟動電路調(diào)試

熱敏電阻軟啟動電路，可用電烙鐵對負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻貼近進行烘烤，用萬用表測量其電阻值變化，同時計時并估算其電阻變化率，進行初步檢驗。將不同阻值的熱敏電阻分別裝入電路，用示波器高壓探頭測試開機時整流電路輸出的高壓波形，比較其電壓建立時間，從而選擇合適的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

(2)過壓保護電路調(diào)試

過壓保護電路中的可控硅觸發(fā)電路要求：1)觸發(fā)時要求能供出足夠的觸發(fā)電壓和電流。2)不觸發(fā)時，觸發(fā)端電壓應(yīng)小于0.15V~0.2V,為防止誤觸發(fā)，一般宜加1~2V的負(fù)偏壓。3)觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡，最好在10us以下，使觸發(fā)電壓準(zhǔn)確。4)觸發(fā)脈沖必須有足夠的寬度，因可控硅的開通時間一般在6us以下，故脈沖寬度應(yīng)大于6us,最好有20us~50us。

過壓保護電路調(diào)試：將輸出電壓逐漸調(diào)至5.5V,用萬用表測試可控硅的觸發(fā)極電壓，同時用示波器觀察驅(qū)動芯片TL494:8腳、11腳波形，調(diào)節(jié)過壓保護多圈電位器Rp,直到保護電路動作，驅(qū)動波形消失為止，此時保持多圈電位器Rp旋鈕位置不變。逐漸調(diào)低輸出電壓，保護電路因可控硅不觸發(fā)而不動作。如再調(diào)高輸出電壓至5.5V,保護電路將動作，反復(fù)試驗，直至保護電路工作穩(wěn)定可靠。

(3)過流保護電路調(diào)試

過流保護電路選擇高頻鐵氧體磁芯EE12,原邊電感量為0.013mH,副邊電感量為0.74mH。該開關(guān)電源+5V最大輸出電流為25A,截取直徑為1.2mm的漆包線一段，量取其電阻值為0.2Ω,將此模擬負(fù)載接在電路中，測量過流整流輸出電壓Ui,調(diào)整過流保護多圈電位器，電路在Ui=-0.57V時開始保護。改變輸出模擬負(fù)載，反復(fù)調(diào)試過流保護電路參數(shù)，直到過流保護電路穩(wěn)定可靠。

3結(jié)論

本文提出了一種軟啟動保護、過壓過流保護的具體實用電路，最終合理設(shè)定了各保護電路的工作參數(shù)，使得數(shù)控系統(tǒng)開關(guān)電源的保護功能穩(wěn)定可靠，整機性能得到了提升，為數(shù)控系統(tǒng)的批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。