在高壓電源設計中,一般會有這樣一個要求——斷開輸入后,輸入(輸出)電壓在要求時間內降到30V以下,一般這個時間為1秒,當然不一定為1s,不同客戶會提出不同的時間要求。那為什么會有這個要求呢?這是為了避免在斷開輸入電壓一定時間后,人員接觸時被電擊,特別是維修人員拆開電源時容易被內部的電容殘留的電量電擊。
電容電量如何釋放?最簡單也最省成本的方式就是在電容上并聯一定的電阻,在電源輸入斷開后,由電阻進行放電,但是如果電容的容量較大,那么這個方式就不合適了,如2000uF,加在其兩端的電壓為400V,1秒內放電到30V,我們需要放電電阻為193Ω。
如果我們真的在電容兩端并聯阻值為193Ω的電阻,那么它損耗功率為829W,這損耗是非常恐怖的,而且這損耗是在電源工作這個過程中一直存在的,會嚴重拉低電源的效率,并且為了能抗住這么大的功率發熱量,需要使用特制的大功率電阻和散熱裝置。
對此,為了在工作過程避免這個不必要的損耗,我們需要設計一個電路,讓放電電阻只在斷開輸入時工作,這就是所謂的“主動放電電路”,其思想就是設計一個開關,在斷開輸入后將此開關閉合。
如果我們按照最簡單的開關思路來設計,那么在開關閉合的一瞬間,電阻將承受828W的功率損耗,常規的電阻很難承受如此大的功率沖擊,容易被燒斷,所以為了能使用常規電阻,我們設計一款恒功率放電電路,設計方法如下:
第一步,先算電容需要釋放的電荷量和1秒內最小的恒定電流:
第二步,設計一個恒流源,使用常用的TL431,如下圖所示。由于放電過程中電容電壓降低,提供給Q1基極的電流減小導致放電電流也減小,所以,我們設計放電電流需大于0.74A,這里我們設計放電電流為1.25A,這樣我們選擇的放電電阻需要扛得住3.125W功率沖擊即可。
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