沒有經(jīng)驗(yàn)的電子設(shè)計(jì)工程師通常認(rèn)為一個(gè)好的電源軌只是“發(fā)生”,而更有經(jīng)驗(yàn)的人知道,一個(gè)堅(jiān)如磐石、無噪音的電源軌并不容易,但對于穩(wěn)定、一致、故障來說是必不可少的。免費(fèi)的系統(tǒng)性能。但是,電源不僅僅是提供穩(wěn)定直流電壓的能力,盡管負(fù)載和線路發(fā)生變化、系統(tǒng)瞬態(tài)、噪聲和其他異常。
怎么會這樣?一個(gè)好的電源不僅僅是提供電力,它還可以防止內(nèi)部或外部可能發(fā)生的臨時(shí)和永久性故障,并防止對系統(tǒng)(即其負(fù)載)造成不可修復(fù)的損壞。
在我們了解各種類型的保護(hù)之前,有必要快速了解一下四類 DC 輸出電源,也稱為穩(wěn)壓器或 DC-DC 轉(zhuǎn)換器;請注意,引用的電流輸出額定值只是近似區(qū)域,沒有硬性或官方界限:
1) 對于較大的負(fù)載,大約 20 A 及以上,有許多現(xiàn)成的開放式或全金屬封閉電源,適用于 AC-DC 和 DC-DC 應(yīng)用
2) 對于 10 到 20 A 左右的中等負(fù)載,有模塊化電源;這些通常被灌封在環(huán)氧樹脂中以進(jìn)行物理保護(hù)
3) 在 10 A 以下,有許多可用的 IC 需要一些外部無源和有源元件才能作為完整的電源使用
4) 最后,您可以使用單個(gè)組件(例如二極管和電容器)構(gòu)建基本電源,通常與所需的小型 LDO 或開關(guān)控制器結(jié)合使用
那么,有哪些不同類型的保護(hù)呢?
a) 過載(過流/短路)保護(hù) (OP),包括經(jīng)典保險(xiǎn)絲,可在負(fù)載路徑短路或開始消耗過多電流時(shí)保護(hù)電源。許多電源“自我限制”,因?yàn)樗鼈冎荒芴峁┮欢〝?shù)量的電流,因此不需要保險(xiǎn)絲。需要手動(dòng)更換“熔斷”(“開路”)并停止電流流動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)保險(xiǎn)絲;這在某些情況下是一個(gè)問題,但在其他情況下是一種美德。還有自動(dòng)自復(fù)位的電子保險(xiǎn)絲。
b) 限流和電流折返是過載保護(hù)的擴(kuò)展。如果負(fù)載汲取電源的電流超過設(shè)計(jì)限制,電流折返將輸出電流和相關(guān)電壓降低到低于正常工作限制的值。在極端情況下,如果負(fù)載發(fā)生短路,電流會被限制在最大值的一小部分,而輸出電壓顯然會變?yōu)榱恪?/p>
c) 欠壓鎖定 (UVLO) 確保 DC-DC 轉(zhuǎn)換器在其輸入端看到的輸入電壓過低時(shí)不會嘗試運(yùn)行,圖 1。為什么這會是個(gè)問題?首先,如果直流電壓過低,電源輸出可能不確定,這會導(dǎo)致系統(tǒng)問題。其次,即使電壓很低,它也可以防止“吸血鬼”從電源中汲取能量;這可能會耗盡系統(tǒng)正在嘗試充電的電池。UVLO 還有助于上電排序(如果有)正常運(yùn)行。第三,如果 DC-DC 轉(zhuǎn)換器在其自身的輸入太低而無法正常工作時(shí)嘗試轉(zhuǎn)動(dòng),則可能會損壞 DC-DC 轉(zhuǎn)換器本身。
在電源從關(guān)閉到完全開啟和返回關(guān)閉的不同模式期間,UVLO 確保電源在其輸入電壓低于正常運(yùn)行所需的最小值時(shí)不會嘗試開啟并提供輸出。
d) 如果電源內(nèi)部故障導(dǎo)致其輸出電壓上升到超過規(guī)定的最大值并可能損壞負(fù)載,則過壓保護(hù) (OVP) 將啟動(dòng)。當(dāng)電壓超過預(yù)設(shè)水平時(shí),OVP 會關(guān)閉電源或鉗位輸出。OVP 電路通常被稱為“crowbar”,大概是因?yàn)樗c在電源輸出上放置金屬 crowbar 具有相同的效果。設(shè)計(jì)合理的撬棍功能獨(dú)立于電源本身。
一種撬棍只有在斷電時(shí)才會復(fù)位(一旦跳閘);在另一種類型中,一旦清除了輸出電壓故障,它將自行復(fù)位。當(dāng)使撬棍跳閘的情況是暫時(shí)的而不是電源中的硬故障時(shí),后一種很有用。雖然現(xiàn)在大多數(shù)電源都帶有內(nèi)置的撬棒,但許多供應(yīng)商提供了一個(gè)小型的獨(dú)立撬棒電路,如果需要,可以將其添加到現(xiàn)有電源中。
e) 如果電源的冷卻方法設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用失?。L(fēng)扇停止、氣流受阻),則會發(fā)生熱過載。然后電源可能會超過其額定溫度,這會嚴(yán)重縮短其壽命,甚至可能導(dǎo)致立即故障。解決方案很簡單:電源內(nèi)部或附近的溫度傳感電路,如果電源超過預(yù)設(shè)限值,則將電源置于靜態(tài)或關(guān)斷模式。如果溫度下降,一些熱熔斷器會自動(dòng)允許電源恢復(fù)運(yùn)行,而另一些則不會。
f) 如果負(fù)載反向連接(正電源輸出到負(fù)負(fù)載軌,反之亦然),反向連接保護(hù)會阻止電流流動(dòng)并將電壓歸零。它在電池?cái)嚅_然后重新連接的應(yīng)用中特別受歡迎,例如在汽車中或電池沒有鍵控的地方。
那么,您需要在供應(yīng)中添加哪些類型的保護(hù)?當(dāng)然,這部分取決于應(yīng)用程序,但也取決于供應(yīng)結(jié)構(gòu)(上述項(xiàng)目 1 至 4)。對于金屬封閉或模塊化電源(電源類型 1 和 2),這些保護(hù)模式中的大多數(shù)通常是標(biāo)準(zhǔn)的并包含在內(nèi)(保險(xiǎn)絲除外)。對于類型 3,電源 IC 可能提供部分或全部保護(hù)功能,但也可以禁用它們(在某些特殊情況下是必要的,但也有風(fēng)險(xiǎn))。反向連接是一種特殊情況,僅在有意義的地方添加。它可以通過一個(gè)簡單的二極管實(shí)現(xiàn),但會增加壓降損耗,因此需要一個(gè)理想的二極管電路。
以應(yīng)有的尊重對待您的電源:確保它受到保護(hù)并保護(hù)您的電路。你的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)會感謝你的。
審核編輯:郭婷
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