基于M51995A开关电源保护电路的设计

引 言

随着时代的前进与社会的发展，开关电源已逐渐代替传统的铁心变压器电源。开关电源的集成化与小型化正逐步成为发展趋势 [1-3]，开关电源更是在计算机、通信、电器等领域得到广泛应用[4]。但开关电源系统若无性能良好的保护电路便很容易导致仪器寿命的缩短甚至使仪器受到损坏。由此可见， 为了能够让开关电源在恶劣环境以及突发故障的情况下安全稳定的工作，保护电路的设计就显得尤为重要。开关电源的基本结构框图如图 1 所示。

1 M51935AFP开关稳压芯片简介

M51995A 是一款开关电源初级PWM 控制芯片， 专为AC/DC 变换设计，芯片功能如表 1 所列。它主要包括振荡器、PWM 比较、反馈电压检测变换、PWM 锁存、过压锁存、欠压锁存、断续工作电路、断续方式和振荡控制电路、驱动输出及内部基准电压等。

M51995A既具有快速输出和高频振荡能力，又具有快速响应的电流限制功能[5]。此外，过流时采用断续方式工作可以有效保护二次电路。该芯片的主要特征如下：

(1) 工作频率低于 500kHz；

(2) 输出电流能够达到 2 A；

（3）输出上升时间为 60 s，下降时间为 40 s ；

(4) 起动电流比较小，典型值为 90A；

(5) 起动电压为16V，关闭电压为10V；

(6) 起动电压和关闭电压的压差大；

(7) 过流保护采用断续方式工作；

(8) 用脉冲方法快速限制电流；

(9) 欠压、过压锁存电路。

OVP 是电源过压检测端，它取决于反馈电路中电流的大小。因为它直接影响光耦输出级的导通程度（Uce），从而影响到 OVP 端的电位 VOVP。

2.2 过流保护电路设计

由于隔离变压器原边开关管是单向驱动的，所以只做正极限保护即可。变压器第三边绕组单向脉动信号经二极管整流及RC 滤波后送至CLM+ 端，做为正极限过流保护。过流保护电路的设计如图 3 所示。

一般情况下，CLM ＋或CLM －的电压阈值过大（超过＋ 200 mV/-200 mV）时，过流信号将控制输出截止，并且将这个截止状态持续到下一个周期。下个周期开始时才会重新恢复，形成所谓的 逐脉冲电流控制 。为了消除寄生电容引起的噪声电压的影响，需要使用RC 组成的低通滤波器。

3 实验仿真分析

为进一步验证所设计的开关电源保护电路的工作性能， 我们采用计算机仿真软件MultiSIM 对所设计的保护电路做了软件仿真测试。当电源输出电压为 60 Hz 正弦波、有效值为24V 时，电源保护电路的光耦控制 OVP 端的信号输出状态如图 4所示。

图 4 中的仿真结果表明，输出电压信号变化控制光耦的 导通，从而控制了光耦 OVP 端的电压输出，当电源输出电 压在 0 V -24 V 期间时，光耦输入端没有电压信号不导通， OVP 端电压为 0，电路处于保护工作状态 ；电压在 0 +24 V 期间时，光耦输入端有电压信号作用而导通，OVP 端电压为 +5 V，电路处于正常工作状态。当输出电压过高时，OVP 端 电压为 0，电路处于保护工作状态。40 V 电压信号的状态图 如图 5 所示。

实验仿真结果表明，当电源输出电压范围为0+24 V时 ， 开关电源电路正常工作；当电压为负电压时，光耦中的二极管反向截止，OVP端电压为0，开关电源的保护电路工作，电源输出为0；当输出电压高于 +24V 时，OVP 端电压为0，开关电源进入保护电路工作状态，电源输出0。

结 语

本文基于M51995A电源芯片设计了开关电源的过压和过流保护电路，通过计算机仿真结果表明，该电路设计合理，工作稳定，电路设计可以有效降低电路的复杂程度和成本，能对开关电源电路进行有效保护，从而使电源运行安全可靠，设计完全能满足系统性能的指标要求。