詳解電源保護(hù)技術(shù)

設(shè)計(jì)工程師們都知道，電源除了要能在發(fā)生負(fù)載和線路變化、系統(tǒng)瞬變，以及噪聲等偏差的情況下提供穩(wěn)定的DC (或AC)電壓之外，還必須要保護(hù)自己免受臨時(shí)和永久性故障(內(nèi)部或外部)的影響，從而避免負(fù)載損壞。

電源保護(hù)涉及很多方面，許多案例會(huì)將以下這些方案結(jié)合使用：

過載(過電流/短路)保護(hù)

包括典型的保險(xiǎn)絲──熔斷體(fusible link)──可在負(fù)載路徑短路或開始吸收過多電流時(shí)對(duì)電源提供保護(hù)。許多電源由于只能提供一定量的電流而會(huì)「自我限制」，因此不需要使用保險(xiǎn)絲——但是在某些法規(guī)管制情況下會(huì)需要。標(biāo)準(zhǔn)的保險(xiǎn)絲是透過「熔斷」(開路)而停止電流流動(dòng)，因此需要進(jìn)行手動(dòng)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(yōu)點(diǎn)。此外，還有電子保險(xiǎn)絲，這種產(chǎn)品可以自動(dòng)重設(shè)。

限流(current limiting)和電流折返(current foldback)

這是過載保護(hù)的延伸，如果負(fù)載從電源吸收的電流超過設(shè)計(jì)極限，那么電流折返就會(huì)將輸出電流和相關(guān)的電壓降低到低于正常工作極限的值。在極端情況下，如果負(fù)載發(fā)生短路，那么電流就會(huì)被限制在最大值的一小部分，而輸出電壓顯然就會(huì)變?yōu)榱恪?/p>

欠壓鎖定(Undervoltage lockout，UVLO)

UVLO保護(hù)在發(fā)現(xiàn)其輸入端電壓太低時(shí)，可確保讓DC/DC轉(zhuǎn)換器不嘗試運(yùn)作(圖1)。這可能會(huì)是一個(gè)問題：首先如果電源輸出的直流電壓太低，那么它就有可能不確定，這就可能導(dǎo)致系統(tǒng)問題。其次，即使電壓很低，它也可以防止 「吸血鬼」從電源耗電——這有可能耗盡系統(tǒng)正在嘗試充電的電池。UVLO還有助于上電時(shí)序(power-on sequencing)的正常運(yùn)作(如果有的化)。第三，如果DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓過低而無法正常運(yùn)作，其本身就可能受到損壞。

圖1：隨著電源從關(guān)閉轉(zhuǎn)向完全開啟，然后再回到關(guān)閉狀態(tài)，電源會(huì)經(jīng)歷不同的模式；在此期間，如果電源的輸入電壓低于正常運(yùn)作所需的最小值，那么UVLO可以確保電源不嘗試開啟而提供輸出。(圖片來源：TI)

過壓保護(hù)(overvoltage protection，OVP)

OVP會(huì)在電源內(nèi)部故障導(dǎo)致其輸出電壓上升到超過規(guī)定的最大值時(shí)啟動(dòng)，從而保護(hù)負(fù)載免受損壞。當(dāng)電壓超過某個(gè)默認(rèn)水平時(shí)，OVP就會(huì)關(guān)閉電源或者對(duì)輸出進(jìn)行鉗位(clamps)。OVP電路通常被稱為「撬棍」(crowbar)電路，大概是因?yàn)槠渥饔门c在電源輸出兩端放置一根金屬撬棍相同，而撬棍電路的設(shè)計(jì)最好是與電源本身無關(guān)。一種典型的撬棍電路是僅在

電源關(guān)閉(跳電)時(shí)才會(huì)重設(shè)。另一種類型則是，一旦清除了輸出電壓故障，它就會(huì)自動(dòng)重設(shè)。后一種類型在引起撬棍跳開的情況很短暫時(shí)才有用，而非電源出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)。盡管現(xiàn)在大多數(shù)電源都內(nèi)建撬棍，但許多供貨商都提供了一個(gè)小型的獨(dú)立撬棍電路，而可以在需要時(shí)將其添加到現(xiàn)有電源中。

熱過載保護(hù)(Thermal overload)

如果電源的冷卻方式設(shè)計(jì)不當(dāng)或無法作用(例如風(fēng)扇停止、氣流阻塞)，就會(huì)發(fā)生熱過載情況。這時(shí)，電源就有可能超過其額定溫度值，從而嚴(yán)重縮短其壽命，甚至可能導(dǎo)致故障立即發(fā)生。解決方案很簡單：在電源內(nèi)部或電源附近設(shè)置一個(gè)溫度感測電路。如果電源超過了預(yù)設(shè)極限，那么就使電源進(jìn)入靜態(tài)或停機(jī)模式。如果溫度下降，有部分溫度保險(xiǎn)絲(thermal cutoffs)會(huì)自動(dòng)使電源恢復(fù)運(yùn)作，其他則不能。

反向連接保護(hù)(Reverse-connection)

如果負(fù)載被反向連接──正電源輸出接到負(fù)電源軌(negative load rail)，反之亦然──則反接保護(hù)就會(huì)阻止電流流動(dòng)并使電壓歸零。在電池被斷開然后又重新連接的應(yīng)用中，例如在汽車或者電池或其連接器未被鎖定的應(yīng)用中，這種保護(hù)特別流行。其他實(shí)用的電源保護(hù)組件包括金屬氧化物變阻器(metal oxide varistor，MOV)、正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管、氣體放電管(gas discharge tube，GDT)，以及聚合物PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。

文章來源：ednchina Bill Schweber

編輯：ymf