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六种电源保护技术盘点

时间:2021-04-15 13:53:01来源:电子技术设计

导语:​过载(过电流/短路)保护,包括经典的熔断器(熔丝连接),可在负载路径短路或开始吸收过多电流时对电源提供保护。许多电源由于只能提供一定量的电流而会“自我限制”,因此不需要使用熔断器——但是在某些监管情况下却需要使用它。

设计人员都知道,电源除了要能在发生负载和线路变化、系统瞬变以及噪声等偏差的情况下提供稳定的DC(或AC)电压外,还必须要能保护自己免受临时和永久性故障(内部或外部)的影响,从而避免负载受到损坏。

保护涉及很多方面,许多电源都会结合使用它们:

过载(过电流/短路)保护,包括经典的熔断器(熔丝连接),可在负载路径短路或开始吸收过多电流时对电源提供保护。许多电源由于只能提供一定量的电流而会“自我限制”,因此不需要使用熔断器——但是在某些监管情况下却需要使用它。标准的熔断器是通过“熔断”(开路)而停止电流流动,因此需要进行手动更换;这在某些情况下可能造成麻烦,但在别的情况下可能又是优点。此外还有电子熔断器,这种产品可以自动自复位。

限流和电流折返保护是过载保护的扩展。如果负载从电源吸收的电流超过设计极限,那么电流折返就会将输出电流和相关的电压降低到低于正常工作极限的值。在极端情况下,如果负载发生短路,那么电流就会被限制在最大值的一小部分,而输出电压显然就会变为零。

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1:随着电源从关闭状态过渡到完全开启状态,然后再回到关闭状态,电源会经历不同的模式;在此期间,如果电源的输入电压低于正常运行所需的最小值,那么UVLO可以确保电源不尝试开启而提供输出。(图片来源:德州仪器)

过压保护(OVP)——如果电源内部的故障导致其输出电压上升到超过规定的最大值,那么OVP电路就会起作用,从而保护负载免受损坏。当电压超过某个预设水平时,OVP就会关闭电源或者对输出进行钳位。OVP电路通常被称为“撬棍”电路,大概是因为其作用与在电源输出两端放置一根金属撬棍相同吧。撬棍电路的设计最好是与电源本身无关。

一种类型的撬棍电路是(一旦跳闸则)仅在电源关闭时才会复位。另一种类型则是,一旦清除了输出电压故障,它就会自动复位。后一种类型在引起撬棍跳闸的情况很短暂而非电源出现严重故障时就很有用。尽管现在大多数电源都带有内置撬棍,但许多供应商都提供了一个小型的独立撬棍电路,而可以在需要时将其添加到现有电源中。

热过载保护——如果电源的冷却方式设计不当或不能使用(例如风扇停止、气流阻塞),那么就会发生热过载。这时,电源就有可能超过其额定温度值,从而严重缩短其寿命,甚至可能导致故障立即发生。解决方案很简单:在电源内部或电源附近设置一个温度感应电路。如果电源超过了预设极限,那么就使电源进入静态或停机模式。如果温度下降,一些热熔断路器会自动使电源恢复运行,而其他一些则不能。

反向连接保护——如果负载受到反向连接(正电源输出接负负载轨,反之亦然),则反接保护就会阻止电流流动并使电压归零。在电池被断开然后又重新连接的应用中,例如在汽车或者电池或其连接器未被锁定的应用中,这种保护特别流行。

实用的保护器件包括金属氧化物变阻器(MOV)、正温度系数(PTC)热敏电阻、瞬态电压抑制(TVS)二极管、气体放电管(GDT),以及聚合物PTC自恢复熔断器。

要保护什么、防止什么以及如何进行,这一系列问题并不像看起来那样简单。我们需要向电源添加哪些类型的保护?与往常一样,答案是“取决于”电源本身、负载以及系统。从IC(包括转换器和稳压器)到更大的模块甚至机箱/开放式设备,虽然许多电源以及相关功能都包括其中的一些,但是你可能需要添加其他进去。

 

你首选的电源保护是什么?你为电源添加了哪些类型的保护,这又是出于你良好的工程判断力还是出于你的试错经历?

标签: 电源

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