中心議題：

• 保護電路工作原理分析
• 保護電路調試與實現

解決方案：

• 開關電源采用負溫度係數電阻組成的軟啟動保護電路
• 開關電源脈寬調製器采用脈寬調製器T L494
• 利用LM339 電壓比較器實現的掉電保護

精密機床數控係統由CNC 控製器、內置PLC 控製器

、開關電源電路
、CRT 顯示器、輸入輸出接口、光(guang)電(dian)編(bian)碼(ma)器(qi)等(deng)設(she)備(bei)組(zu)成(cheng)。而(er)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)負(fu)責(ze)為(wei)整(zheng)個(ge)機(ji)床(chuang)數(shu)控(kong)係(xi)統(tong)各(ge)部(bu)分(fen)設(she)備(bei)提(ti)供(gong)電(dian)源(yuan)。在(zai)機(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)車(che)間(jian)等(deng)場(chang)所(suo)，因(yin)有(you)較(jiao)多(duo)大(da)功(gong)率(lv)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)，在(zai)這(zhe)種(zhong)複(fu)雜(za)電(dian)磁(ci)環(huan)境(jing)下(xia)
， 如果開關電源可靠性不高、保護功能缺乏
， 會使得數控機床係統工作異常
，很容易出現飛車等重大事故。      

因此，juyougezhongbaohugongnengdegaokekaoxingkaiguandianyuanshishukongjichuangxitongwendinggongzuodezhongyaobaozheng。benwenzhuyaojieshaoleyizhongjichuangshukongxitongyongkaiguandianyuangezhongbaohudianludegongzuoyuanliheshixianfangfa，tongguoshijiyanzhi
， 使得該係統開關電源穩定性大大提高， 保護功能穩定可靠
， 滿足了批量生產要求。　　

1 保護電路工作原理分析　　

機床數控用開關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　　

由於開關電源輸入整流電路後級大多采用電容性濾波電路濾波， 在電源合閘瞬間， 往(wang)往(wang)會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)幅(fu)值(zhi)高(gao)達(da)幾(ji)十(shi)甚(shen)至(zhi)幾(ji)百(bai)安(an)培(pei)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)
，此(ci)種(zhong)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)十(shi)分(fen)有(you)害(hai)
，會(hui)造(zao)成(cheng)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)啟(qi)動(dong)故(gu)障(zhang)甚(shen)至(zhi)損(sun)壞(huai)。常(chang)用(yong)的(de)軟(ruan)啟(qi)動(dong)電(dian)路(lu)有(you)可(ke)控(kong)矽(gui)和(he)限(xian)流(liu)電(dian)阻(zu)組(zu)成(cheng)的(de)防(fang)浪(lang)湧(yong)軟(ruan)啟(qi)動(dong)保(bao)護(hu)
、繼電器觸點組成的軟啟動保護

、負溫度係數電阻組成的軟啟動保護電路等。　　

本係統開關電源采用負溫度係數電阻組成的軟啟動保護電路， 簡單實用， 工作可靠。如圖1, 220 V 交流電經線圈L1濾波共模幹擾後
， 整流產生約三百伏左右直流電壓
， RT 電阻為負溫度係數熱敏電阻，型號為M02-7Ω。當電源合閘瞬間
， 浪湧電流使得熱敏電阻發熱， 阻值迅速減小
， 輸出直流電壓逐漸建立

，可有效防止浪湧電流對電源電路的衝擊， 使得整個電源半橋變換電路穩定可靠。
 

圖1 負溫度係數電阻組成的輸入軟啟動電路　　

在開關電源啟動時， 由於脈寬調製器尚未建立穩定的驅動脈衝
， 需采取措施使得驅動脈衝逐漸建立起來
，該開關電源脈寬調製器采用性價比較高的脈寬調製器T L494。如圖2, TL494 的第四腳為死區控製，它既可以為變換功率管提供安全的死區時間控製
， 也可以作為驅動芯片的軟啟動控製。開機瞬間， 電容器C1上未建立電壓， + 5 V 通過電容C1 送TL494: 4 腳， 封鎖脈寬調製器的輸出脈衝。隨著電容C1 兩端電壓逐漸升高
， T L494: 4 腳電壓逐漸下降， 驅動脈衝寬度逐漸展寬。當輔助電源+ 15 V 出現故障時， 三級管V1迅速導通， + 5 V 電壓經三極管V1 送T L494: 4 腳， 切斷驅動脈衝， 使開關電源停止工作而不致損壞。
 

圖2 利用TL494:4 腳進行驅動軟啟動及電源保護　　

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（2） 過壓保護電路　　

通常的數字信號處理電路大多采用TT L 或CMOS 係列的集成門電路。對於TTL 集成門電路
，往往工作電壓不能大於5. 5 V。該數控係統開關電源輸出有多路， 有+ 5 V, + 15 V, - 15 V, + 24 V 等多路輸出， 在開關電源係統中

，對主變換電壓+ 5 V 進行過壓保護

， 具體電路見圖3。
 

圖3 數控開關電源過壓保護電路　　

工作原理： 數控開關電源由輔助電源+ 15 V 提供給可控矽V4管陽極工作電壓， 實際輸出取樣電壓送至穩壓管V5 , 當超出保護電壓閾值+ 5. 5 V 時， 輸出電壓經穩壓管
、電阻R3 、R4 分壓觸發可控矽V4 導通， 將輔助電源+ 15 V 通過電阻R1接地， 同時通過二極管V2切斷8 腳電源。調節RP 電位器， 可以對輸出電壓保護閾值點進行設置。　　

（3） 過流保護電路　　

本開關電源過流保護電路的工作原理見圖4。變壓器T 1原邊串接在開關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比，感應開關電源變換時的原邊電流值， 經二極管V1 ~ V4 整流， R1
、C1 濾波後送電位器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，送入脈寬調製器
， 將T L494 驅動脈衝寬度逐漸減少， 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， 使得放大電路穩定可靠。
 

圖4 數控開關電源過流保護電路電路圖　　

（4） 欠壓保護電路　　

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

（a） 利用LM339 電壓比較器實現的掉電保護

（b） 上電時序及掉電保護時序圖
圖5 數控開關電源的欠壓保護電路

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2 保護電路調試與實現　　

（1） 軟啟動電路調試　　

熱敏電阻軟啟動電路
， 可用電烙鐵對負溫度係數熱敏電阻貼近進行烘烤， 用萬用表測量其電阻值變化
，同時計時並估算其電阻變化率


，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，從而選擇合適的負溫度係數熱敏電阻。　　

（2） 過壓保護電路調試　　

過壓保護電路中的可控矽觸發電路要求： 1） 觸發時要求能供出足夠的觸發電壓和電流。2） 不觸發時， 觸發端電壓應小於0. 15 V ~ 0. 2 V, 為防止誤觸發， 一般宜加1~ 2 V 的負偏壓。3） 觸發脈衝的上升前沿要陡， 最好在10us 以下
，使觸發電壓準確。4） 觸發脈衝必須有足夠的寬度
， 因可控矽的開通時間一般在6us 以下
， 故脈衝寬度應大於6us, 最好有20us~ 50us。　　

過壓保護電路調試： 將輸出電壓逐漸調至5. 5 V,用萬用表測試可控矽的觸發極電壓
， 同時用示波器觀察驅動芯片TL494: 8 腳、11 腳波形， 調節過壓保護多圈電位器RP, 直到保護電路動作， 驅動波形消失為止
， 此時保持多圈電位器RP 旋鈕位置不變。逐漸調低輸出電壓


， 保護電路因可控矽不觸發而不動作。如再調高輸出電壓至5. 5 V, 保護電路將動作
， 反複試驗，直至保護電路工作穩定可靠。　　

（3） 過流保護電路調試　　

過流保護電路選擇高頻鐵氧體磁芯EE12, 原邊電感量為0. 013 mH, 副邊電感量為0. 74 mH 。該開關電源+ 5 V 最大輸出電流為25 A, 截取直徑為 1. 2mm 的漆包線一段， 量取其電阻值為0. 2Ω , 將此模擬負載接在電路中，測量過流整流輸出電壓Ui, 調整過流保護多圈電位器， 電路在Ui= - 0. 57 V 時開始保護。改變輸出模擬負載
，反複調試過流保護電路參數，直到過流保護電路穩定可靠。　　

3 結論　　

本文通過對數控開關電源保護電路的工作原理分析及調試， 提出了一種軟啟動保護、過壓過流保護的具體實用電路，最終合理設定了各保護電路的工作參數
，使得數控係統開關電源的保護功能穩定可靠， 整機性能得到了提升
， 為數控係統的批量生產奠定了基礎。