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什么是电源保护?如何进行电源保护?

电子设计

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设计人员知道,电源的重要性不仅仅在于其能够提供稳定的DC(或AC)电压,即使负载和线路发生变化,系统瞬变,噪声和其他像差也是如此。电源必须保护自己免受临时和永久性故障(内部或外部)的影响,这可能会导致其负载损坏。

保护涉及很多方面,许多耗材将它们结合使用:

过载(过流/短路)保护,包括经典的保险丝(熔断线),可在负载路径短路或开始消耗过多电流时保护电源。许多电源在只能提供一定量的电流的意义上是“自我限制”的,因此不需要保险丝-在某些监管情况下需要使用此保险丝。“熔断”(断路)并阻止电流流过的标准保险丝需要手动更换。在某些情况下这是一个问题,但在另一些情况下却是一个优点。还有电子保险丝,它们会自动自复位。

限流和电流折返是过载保护的扩展。如果负载从电源汲取的电流超过设计极限,则电流折返将使输出电流和相关电压均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,则电流会被限制在最大值的一小部分,而输出电压显然会变为零。

欠压锁定(UVLO)确保当DC / DC转换器在其输入端看到的输入电压太低时,它不会尝试运行,如图1所示。为什么会有问题呢?首先,如果电源输出的直流电压过低,则电源输出可能不确定,这会导致系统问题。其次,即使电压很低,它也可以防止“吸血鬼”从电源中耗电。这可能会耗尽系统正在尝试充电的电池。UVLO还可以帮助上电排序(如果有)正常运行。第三,如果DC / DC转换器自身的输入电压过低而无法正常工作,则它可能会损坏而损坏。

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在电源从关闭过渡到完全开启然后再从关闭过渡到不同模式的电源期间,UVLO确保输入电压低于正常运行所需的最小值时,电源不会尝试开启并提供输出。(图片来源:德州仪器(Texas Instruments))

如果电源内部故障导致其输出电压上升到超过规定的最大值,从而可能损坏负载,则过压保护(OVP)起作用。当电压超过预设水平时,OVP将关闭电源或钳位输出。OVP电路通常被称为“撬棍”,大概是因为它具有与在电源输出上放置金属撬棍相同的作用。正确设计的撬棍的功能与电源本身无关。

仅当电源关闭时,一种撬棍才会复位(一旦跳闸)。在另一种类型中,一旦清除了输出电压故障,它将自行复位。当使撬棍跳闸的情况是短暂的而不是电源出现严重故障时,后一种方法很有用。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,可以在需要时将其添加到现有电源中。

如果电源的冷却方法设计不当或使用失败(例如风扇停止,气流阻塞),则会发生热过载。这样,电源可能会超过其温度额定值,这将严重缩短其寿命,甚至可能导致立即发生故障。解决方案很简单:电源内部或电源附近的温度感应电路,如果电源超过预设的极限,则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。

反向连接保护功能可在负载反向连接时阻止电流流动,并将电压归零-正电源输出至负负载轨,反之亦然。它在断开电池然后再连接的应用中尤其流行,例如在汽车中或没有固定支架或连接器的应用中。

其中有用的保护装置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)和聚合物PTC自恢复保险丝。

保护什么,防止什么以及如何做的整个问题并不像看起来那样简单。您需要向供应商添加哪些类型的保护类型?与往常一样,答案是“取决于” —基于电源本身,负载和系统。从IC(包括转换器和稳压器)到较大的模块甚至机箱/开放式单元,许多电源和相关功能都包括其中一些,但是您可能需要添加其他电源和相关功能。

编辑:hfy

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