詳解電源保護技術
發布時間:2021-07-15 責任編輯:lina
【導讀】設計工程師們都知道,電源除了要能在發生負載和線路變化、係統瞬變,以及噪聲等偏差的情況下提供穩定的DC (或AC)電壓之外,還必須要保護自己免受臨時和 性故障(內部或外部)的影響,從而避免負載損壞。
設計工程師們都知道,電源除了要能在發生負載和線路變化、係統瞬變,以及噪聲等偏差的情況下提供穩定的DC (或AC)電壓之外,還必須要保護自己免受臨時和 性故障(內部或外部)的影響,從而避免負載損壞。
電源保護涉及很多方麵,許多 會將以下這些方案結合使用:

過載(過電流/短路)保護
包括典型的保險絲──熔斷體(fusible link)──可在負載路徑短路或開始吸收過多電流時對電源提供保護。許多電源由於隻能提供一定量的電流而會「自我限製」,因此不需要使用保險絲——但是在某些法規管製情況下會需要。標準的保險絲是透過「熔斷」(開路)而停止電流流動,因此需要進行手動更換;這在某些情況下可能造成麻煩,但在別的情況下可能又是優點。此外,還有電子保險絲,這種產品可以自動重設。
限流(current limiting)和電流折返(current foldback)
這zhe是shi過guo載zai保bao護hu的de延yan伸shen,如ru果guo負fu載zai從cong電dian源yuan吸xi收shou的de電dian流liu超chao過guo設she計ji極ji限xian,那na麼me電dian流liu折zhe返fan就jiu會hui將jiang輸shu出chu電dian流liu和he相xiang關guan的de電dian壓ya降jiang低di到dao低di於yu正zheng常chang工gong作zuo極ji限xian的de值zhi。在zai極ji端duan情qing況kuang下xia,如ru果guo負fu載zai發fa生sheng短duan路lu,那na麼me電dian流liu就jiu會hui被bei限xian製zhi在zai 大值的一小部分,而輸出電壓顯然就會變為零。
欠壓鎖定(Undervoltage lockout,UVLO)
圖1:隨著電源從關閉轉向完全開啟,然後再回到關閉狀態,電源會經曆不同的模式;在此期間,如果電源的輸入電壓低於正常運作所需的 小值,那麼UVLO可以確保電源不嚐試開啟而提供輸出。(圖片來源:TI)
過壓保護(overvoltage protection,OVP)
OVP會在電源內部故障導致其輸出電壓上升到超過規定的 大值時啟動,從而保護負載免受損壞。當電壓超過某個默認水平時,OVP就會關閉電源或者對輸出進行鉗位(clamps)。OVP電路通常被稱為「撬棍」(crowbar)電路,大概是因為其作用與在電源輸出兩端放置一根金屬撬棍相同,而撬棍電路的設計 好是與電源本身無關。一種典型的撬棍電路是僅在
電源關閉(跳電)時(shi)才(cai)會(hui)重(zhong)設(she)。另(ling)一(yi)種(zhong)類(lei)型(xing)則(ze)是(shi),一(yi)旦(dan)清(qing)除(chu)了(le)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)故(gu)障(zhang),它(ta)就(jiu)會(hui)自(zi)動(dong)重(zhong)設(she)。後(hou)一(yi)種(zhong)類(lei)型(xing)在(zai)引(yin)起(qi)撬(qiao)棍(gun)跳(tiao)開(kai)的(de)情(qing)況(kuang)很(hen)短(duan)暫(zan)時(shi)才(cai)有(you)用(yong),而(er)非(fei)電(dian)源(yuan)出(chu)現(xian)嚴(yan)重(zhong)故(gu)障(zhang)時(shi)。盡(jin)管(guan)現(xian)在(zai)大(da)多(duo)數(shu)電(dian)源(yuan)都(dou)內(nei)建(jian)撬(qiao)棍(gun),但(dan)許(xu)多(duo)供(gong)貨(huo)商(shang)都(dou)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)個(ge)小(xiao)型(xing)的(de)獨(du)立(li)撬(qiao)棍(gun)電(dian)路(lu),而(er)可(ke)以(yi)在(zai)需(xu)要(yao)時(shi)將(jiang)其(qi)添(tian)加(jia)到(dao)現(xian)有(you)電(dian)源(yuan)中(zhong)。
熱過載保護(Thermal overload)
如果電源的冷卻方式設計不當或無法作用(例如風扇停止、氣流阻塞),就會發生熱過載情況。這時,電源就有可能超過其額定溫度值,從而嚴重縮短其壽命,甚至可能導致故障立即發生。解決方案很簡單:在zai電dian源yuan內nei部bu或huo電dian源yuan附fu近jin設she置zhi一yi個ge溫wen度du感gan測ce電dian路lu。如ru果guo電dian源yuan超chao過guo了le預yu設she極ji限xian,那na麼me就jiu使shi電dian源yuan進jin入ru靜jing態tai或huo停ting機ji模mo式shi。如ru果guo溫wen度du下xia降jiang,有you部bu分fen溫wen度du保bao險xian絲si(thermal cutoffs)會自動使電源恢複運作,其他則不能。
反向連接保護(Reverse-connection)
如果負載被反向連接──正電源輸出接到負電源軌(negative load rail),反之亦然──則ze反fan接jie保bao護hu就jiu會hui阻zu止zhi電dian流liu流liu動dong並bing使shi電dian壓ya歸gui零ling。在zai電dian池chi被bei斷duan開kai然ran後hou又you重zhong新xin連lian接jie的de應ying用yong中zhong,例li如ru在zai汽qi車che或huo者zhe電dian池chi或huo其qi連lian接jie器qi未wei被bei鎖suo定ding的de應ying用yong中zhong,這zhe種zhong保bao護hu特te別bie流liu行xing。其qi他ta實shi用yong的de電dian源yuan保bao護hu組zu件jian包bao括kuo金jin屬shu氧yang化hua物wu變bian阻zu器qi(metal oxide varistor,MOV)、正溫度係數(PTC)熱敏電阻、瞬態電壓抑製(TVS)二極管、氣體放電管(gas discharge tube,GDT),以及聚合物PTC自恢複保險絲。
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