精密機床數(shù)控系統(tǒng)使得加工零件的精度有了穩(wěn)定的保證，在目前機械加工中得到越來越廣泛的應用。

精密機床數(shù)控系統(tǒng)由CNC控制器、內(nèi)置pLC控制器、開關電源電路、CRT顯示器、輸入輸出接口、光電編碼器等設備組成。而開關電源電路負責為整個機床數(shù)控系統(tǒng)各部分設備供應電源。在機床加工車間等場所，因有較多大功率用電設備，在這種復雜電磁環(huán)境下，假如開關電源可靠性不高、保護功能缺乏，會使得數(shù)控機床系統(tǒng)工作異常，很容易出現(xiàn)飛車等重大事故。因此，具有各種保護功能的高可靠性開關電源是數(shù)控機床系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要保證。本文重要介紹了一種機床數(shù)控系統(tǒng)用開關電源各種保護電路的工作原理和實現(xiàn)方法，通過實際研制，使得該系統(tǒng)開關電源穩(wěn)定性大大提高，保護功能穩(wěn)定可靠，滿足了批量生產(chǎn)要求。

1保護電路工作原理分析

機床數(shù)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

由于開關電源輸入整流電路后級大多采用電容性濾波電路濾波，在電源合閘瞬間，往往會出現(xiàn)電流幅值高達幾十甚至幾百安培的浪涌電流，此種浪涌電流十分有害，會造成開關電源啟動故障甚至損壞。常用的軟啟動電路有可控硅和限流電阻組成的防浪涌軟啟動保護、繼電器觸點組成的軟啟動保護、負溫度系數(shù)電阻組成的軟啟動保護電路等。

本系統(tǒng)開關電源采用負溫度系數(shù)電阻組成的軟啟動保護電路，簡單實用，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電阻為負溫度系數(shù)熱敏電阻，型號為M02-7Ω。當電源合閘瞬間，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電源電路的沖擊，使得整個電源半橋變換電路穩(wěn)定可靠。

圖1負溫度系數(shù)電阻組成的輸入軟啟動電路

在開關電源啟動時，由于脈寬調制器尚未建立穩(wěn)定的驅動脈沖，需采取措施使得驅動脈沖逐漸建立起來，該開關電源脈寬調制器采用性價比較高的脈寬調制器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安全的死區(qū)時間控制，也可以作為驅動芯片的軟啟動控制。開機瞬間，電容器C1上未建立電壓，+5V通過電容C1送TL494:4腳，封鎖脈寬調制器的輸出脈沖。隨著電容C1兩端電壓逐漸升高，TL494:4腳電壓逐漸下降，驅動脈沖寬度逐漸展寬。當輔助電源+15V出現(xiàn)故障時，三級管V1迅速導通，+5V電壓經(jīng)三極管V1送TL494:4腳，切斷驅動脈沖，使開關電源停止工作而不致?lián)p壞。

圖2利用TL494:4腳進行驅動軟啟動及電源保護

（2）過壓保護電路

通常的數(shù)字信號處理電路大多采用TTL或CMOS系列的集成門電路。關于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)開關電源輸出有多路，有+5V,+15V,-15V,+24V等多路輸出，在開關電源系統(tǒng)中，對主變換電壓+5V進行過壓保護，具體電路見圖3。

圖3數(shù)控開關電源過壓保護電路

工作原理：數(shù)控開關電源由輔助電源+15V供應給可控硅V4管陽極工作電壓，實際輸出取樣電壓送至穩(wěn)壓管V5,當超出保護電壓閾值+5.5V時，輸出電壓經(jīng)穩(wěn)壓管、電阻R3、R4分壓觸發(fā)可控硅V4導通，將輔助電源+15V通過電阻R1接地，同時通過二極管V2切斷8腳電源。調節(jié)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T1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(shù)比，感應開關電源變換時的原邊電流值，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，送入脈寬調制器，將TL494驅動脈沖寬度逐漸減少，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(wěn)定可靠。

圖4數(shù)控開關電源過流保護電路電路圖

（4）欠壓保護電路

利用+5V及pF（powerFAIL）信號進行比較，在+5V掉電時，pF信號至少需維持10ms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(xiàn)的掉電保護

（b）上電時序及掉電保護時序圖

圖5數(shù)控開關電源的欠壓保護電路

2保護電路調試與實現(xiàn)

（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系數(shù)熱敏電阻貼近進行烘烤，用萬用表測量其電阻值變化，同時計時并估算其電阻變化率，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系數(shù)熱敏電阻。

（2）過壓保護電路調試

過壓保護電路中的可控硅觸發(fā)電路要求：1）觸發(fā)時要求能供出足夠的觸發(fā)電壓和電流。2）不觸發(fā)時，觸發(fā)端電壓應小于0.15V~0.2V,為防止誤觸發(fā)，一般宜加1~2V的負偏壓。3）觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡，最好在10us以下，使觸發(fā)電壓準確。4）觸發(fā)脈沖必須有足夠的寬度，因可控硅的開通時間一般在6us以下，故脈沖寬度應大于6us,最好有20us~50us。

過壓保護電路調試：將輸出電壓逐漸調至5.5V,用萬用表測試可控硅的觸發(fā)極電壓，同時用示波器觀察驅動芯片TL494:8腳、11腳波形，調節(jié)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，保護電路因可控硅不觸發(fā)而不動作。如再調高輸出電壓至5.5V,保護電路將動作，反復試驗，直至保護電路工作穩(wěn)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0.013mH,副邊電感量為0.74mH。該開關電源+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=-0.57V時開始保護。改變輸出模擬負載，反復調試過流保護電路參數(shù)，直到過流保護電路穩(wěn)定可靠。

3結論

本文通過對數(shù)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(shù)，使得數(shù)控系統(tǒng)開關電源的保護功能穩(wěn)定可靠，整機性能得到了提升，為數(shù)控系統(tǒng)的批量生產(chǎn)奠定了基礎。