開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的各種保護(hù)電路著手，分析設(shè)計(jì)了數(shù)控開(kāi)關(guān)電源的軟啟動(dòng)電路，過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)等電路的工作原理和具體設(shè)計(jì)方法，解決了數(shù)控開(kāi)關(guān)電源的工作可靠性問(wèn)題，為數(shù)控系統(tǒng)的批量生產(chǎn)供應(yīng)了保障。精密機(jī)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(jī)械加工中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

引言

開(kāi)關(guān)電源電路負(fù)責(zé)為整個(gè)機(jī)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(jī)床數(shù)控系統(tǒng)用開(kāi)關(guān)電源各種保護(hù)電路的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)實(shí)際研制，使得該系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定性大大提高，保護(hù)功能穩(wěn)定可靠，滿足了批量生產(chǎn)要求。

1保護(hù)電路工作原理分析

機(jī)床數(shù)控用開(kāi)關(guān)電源包含有軟啟動(dòng)保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、欠壓掉電保護(hù)等電路。

(1)軟啟動(dòng)電路

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

本系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源采用負(fù)溫度系數(shù)電阻組成的軟啟動(dòng)保護(hù)電路，簡(jiǎn)單實(shí)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(hào)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(duì)電源電路的沖擊，使得整個(gè)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(dòng)電路

在開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)，由于脈寬調(diào)制器尚未建立穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)脈沖，需采取措施使得驅(qū)動(dòng)脈沖逐漸建立起來(lái)，該開(kāi)關(guān)電源脈寬調(diào)制器采用性價(jià)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(shí)間控制，也可以作為驅(qū)動(dòng)芯片的軟啟動(dòng)控制。開(kāi)機(jī)瞬間，電容器C1上未建立電壓，+5V通過(guò)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(dòng)脈沖寬度逐漸展寬。當(dāng)輔助電源+15V出現(xiàn)故障時(shí)，三級(jí)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(dòng)脈沖，使開(kāi)關(guān)電源停止工作而不致?lián)p壞。

圖2利用TL494:4腳進(jìn)行驅(qū)動(dòng)軟啟動(dòng)及電源保護(hù)

(2)過(guò)壓保護(hù)電路

通常的數(shù)字信號(hào)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(kāi)關(guān)電源輸出有多路，有+5V,+15V,-15V,+24V等多路輸出，在開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中，對(duì)主變換電壓+5V進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)，具體電路見(jiàn)圖3。

圖3數(shù)控開(kāi)關(guān)電源過(guò)壓保護(hù)電路

工作原理：數(shù)控開(kāi)關(guān)電源由輔助電源+15V供應(yīng)給可控硅V4管陽(yáng)極工作電壓，實(shí)際輸出取樣電壓送至穩(wěn)壓管V5,當(dāng)超出保護(hù)電壓閾值+5.5V時(shí)，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(guò)電阻R1接地，同時(shí)通過(guò)二極管V2切斷8腳電源。調(diào)節(jié)Rp電位器，可以對(duì)輸出電壓保護(hù)閾值點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。

(3)過(guò)流保護(hù)電路

本開(kāi)關(guān)電源過(guò)流保護(hù)電路的工作原理見(jiàn)圖4。變壓器T1原邊串接在開(kāi)關(guān)電源主變壓器原邊回路中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇合理的變壓器原副邊匝數(shù)比，感應(yīng)開(kāi)關(guān)電源變換時(shí)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(diǎn)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(dòng)脈沖寬度逐漸減少，從而得到過(guò)流保護(hù)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(kāi)關(guān)電源過(guò)流保護(hù)電路電路圖

(4)欠壓保護(hù)電路

利用+5V及pF(pOWERFAIL)信號(hào)進(jìn)行比較，在+5V掉電時(shí)，pF信號(hào)至少需維持10ms時(shí)間，以便存儲(chǔ)相關(guān)信息。欠壓保護(hù)電路如圖5所示。

(a)利用LM339電壓比較器實(shí)現(xiàn)的掉電保護(hù)

(b)上電時(shí)序及掉電保護(hù)時(shí)序圖

圖5數(shù)控開(kāi)關(guān)電源的欠壓保護(hù)電路

2保護(hù)電路調(diào)試與實(shí)現(xiàn)

(1)軟啟動(dòng)電路調(diào)試

熱敏電阻軟啟動(dòng)電路，可用電烙鐵對(duì)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻貼近進(jìn)行烘烤，用萬(wàn)用表測(cè)量其電阻值變化，同時(shí)計(jì)時(shí)并估算其電阻變化率，進(jìn)行初步檢驗(yàn)。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(cè)試開(kāi)機(jī)時(shí)整流電路輸出的高壓波形，比較其電壓建立時(shí)間，從而選擇合適的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。

(2)過(guò)壓保護(hù)電路調(diào)試

過(guò)壓保護(hù)電路中的可控硅觸發(fā)電路要求：1)觸發(fā)時(shí)要求能供出足夠的觸發(fā)電壓和電流。2)不觸發(fā)時(shí)，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(kāi)通時(shí)間一般在6us以下，故脈沖寬度應(yīng)大于6us,最好有20us~50us。

過(guò)壓保護(hù)電路調(diào)試：將輸出電壓逐漸調(diào)至5.5V,用萬(wàn)用表測(cè)試可控硅的觸發(fā)極電壓，同時(shí)用示波器觀察驅(qū)動(dòng)芯片TL494:8腳、11腳波形，調(diào)節(jié)過(guò)壓保護(hù)多圈電位器Rp,直到保護(hù)電路動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)波形消失為止，此時(shí)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(hù)電路因可控硅不觸發(fā)而不動(dòng)作。如再調(diào)高輸出電壓至5.5V,保護(hù)電路將動(dòng)作，反復(fù)試驗(yàn)，直至保護(hù)電路工作穩(wěn)定可靠。

(3)過(guò)流保護(hù)電路調(diào)試

過(guò)流保護(hù)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(kāi)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(cè)量過(guò)流整流輸出電壓Ui,調(diào)整過(guò)流保護(hù)多圈電位器，電路在Ui=-0.57V時(shí)開(kāi)始保護(hù)。改變輸出模擬負(fù)載，反復(fù)調(diào)試過(guò)流保護(hù)電路參數(shù)，直到過(guò)流保護(hù)電路穩(wěn)定可靠。

3結(jié)論

本文提出了一種軟啟動(dòng)保護(hù)、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)的具體實(shí)用電路，最終合理設(shè)定了各保護(hù)電路的工作參數(shù)，使得數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的保護(hù)功能穩(wěn)定可靠，整機(jī)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)。