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超过电源输入电压会出现什么问题?
2020-12-14

武汉华天电力专业生产直流高压发生器,下面为大家介绍超过电源输入电压会出现什么问题?


输入电压限制


在全球范围内,可用的电源电压及其相关的稳定性可能相差很大,这使得设计满足所有应用的输入范围需求的电源变得困难。假设电源的输入规格与应用程序所需的工作电压“足够接近”,如果电源实际上在其极限范围之外工作,则可能导致故障。这些故障可以定义为组件故障,系统故障或规格故障,并且每种故障都会以不同的方式影响电源和系统性能。


超过输入电压限制-组件故障


当组件损坏和/或不再按预期运行时,会发生组件故障。施加超过组件最大工作电压的电压是损坏任何组件的简单方法。跨输入端放置的许多组件(例如X电容器,金属氧化物压敏电阻(MOV)和桥式整流器)很容易识别出是否承受电压应力。如果输入电压超过其最大工作电压,则这些组件的特定故障模式可能导致几种不同的情况。例如,出于安全原因而设计为短路的X电容器可能会断开保险丝,从而使电源无法工作。但是,如果设计为无法打开的Y电容器发生短路故障,则电源可能会继续工作,从而使用户有遭受电击的危险。


直流高压发生器


其他组件(例如保险丝)更难识别为在发生过压时容易发生故障。在正常情况下,保险丝会显得很短,而电压的升高只会迫使保险丝传递较少的电流。如果电源内部发生故障(例如X电容器短路),则保险丝将断开并使电路与输入源断开连接。但是,如果超过保险丝的最大电压并且X电容器短路,则保险丝将无法抑制电弧。这将无法保持电路开路,导致持续的电流流过故障电容器,从而在向上和向下游产生问题。


在其他情况下,电压应力与寄生成分有关,其值难以确定。例如,反激转换器中的开关具有一个峰值电压,该峰值电压不仅取决于输入电压,而且还取决于漏感和匝数比。在这种情况下,不能总是通过简单地查看原理图或数据表来确定电压应力,而是必须直接对其进行测量。


欠压事件也有可能导致组件故障。在低于最小工作电压的条件下操作电源时,许多组件中的电流将成比例增加。承载此增加电流的保险丝,整流器,开关和其他组件都会耗散更多功率,从而导致温度升高和发生故障的机会。诸如功率因数校正(PFC)扼流圈之类的磁性元件也将承载更多电流,因此其电感会下降或完全饱和。根据特定的拓扑结构,这可能导致峰值电流增加(可能损坏开关等组件),工作频率增加,效率降低或功率转换失败。


超过输入电压限制-系统故障


违反诸如工作频率或占空比范围之类的参数时,可能会导致系统故障,从而导致各种拓扑的内部功能出现异常。例如,LLC转换器改变工作频率以调节输出电压,该频率与转换器的输入至输出增益成反比。但是,如果输入电压降低,则频率也会降低,以增加增益并保持恒定的输出电压。LLC转换器的固有特性是,增益曲线仅将频率增益的这种反比关系保持到一定频率。低于该频率,关系变为相反(即,增益随频率增加)。


某些非隔离式转换器,包括PFC电路中使用的升压转换器,只能沿一个方向上下转换。对于升压转换器,它仅输出高于输入电压的电压。如果具有功率因数校正功能的交流-直流电源在输入电压大于升压转换器电压输出的情况下工作,则升压转换器将无法工作,并且无法校正功率因数。类似地,从高输入转换为低输出的降压转换器不能在低于输出电压的电压下工作。降压转换器还包含一个开关,该开关的栅极未接地,因此,使用自举电路产生栅极-源极电压来驱动FET。该自举电路依靠开关动作来产生栅极电压,因此,电源还带有内置保护电路,以防止在某些情况下运行。由于故障更加危险和/或昂贵,这在更高功率水平下变得更加普遍。欠压保护是高功率AC-DC电源中常见的功能,如果输入电压降至指定阈值以下,该电源就会关闭电源。


超过输入电压限制-规格失败


超出规范进行操作并不总是会导致完全故障,而是会导致电源性能超出规范。如前所述,降低输入电压将导致输入电流增加,从而导致损耗和热量增加,同时减小了工作温度范围和效率。


为了保护电源免受灾难性故障的影响,控制器通常内置有保护措施以避免某些情况发生。这些保护功能不会关闭电源,而是会将特性钳位在某个值。例如,在LLC拓扑的情况下,控制器内部经常存在频率限制。如前所述,随着输入电压的降低,开关频率将增加以保持恒定的输出电压。如果控制器在频率达到最小值时钳制频率,则输出电压将随着输入电压而开始下降。


虽然在某些情况下(例如上述情况)容易评估对规格性能的影响,但在其他情况下很难估算输入电压的影响。这样的例子之一就是输入电压与电磁辐射(EMI)之间的关系。在规定的输入电压范围之外工作可能会对EMI产生很大影响,并导致不遵守相关法规。增加的电压或电流应力会进一步改变EMI滤波器的效率,并且对于变频设备,其工作点会更改为导致故障的水平。


结论


输入电压会影响电源的许多方面,包括组件应力,工作点和性能。在规定范围之外操作可能会影响这些项目中的一项或多项,如果推得太远,则会触发保护电路或完全故障。知道电源可以朝某个方向推动多远以及其含义是什么,这需要了解内部组件的额定值和值,这对于用户来说很少可用,并且很难确定。确定电源在其指定输入电压范围之外的安全操作的最佳方法是询问制造商,他们可以确定风险和/或实施所需的设计更改以允许在期望的水平上运行。

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