電源設(shè)備保護(hù)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　評價(jià)開關(guān)電源的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術(shù)指標(biāo)滿足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設(shè)計(jì)多種保護(hù)電路，比如防浪涌的軟啟動(dòng)，防過壓、欠壓、過熱、過流、短路、缺相等保護(hù)電路。

　　1 有源電磁干擾濾波器的原理與應(yīng)用

　　有源電磁干擾濾波器簡稱有源EMI 濾波器，它是把有源器件集成在微封裝的芯片中，專門用來抑制電磁干擾的濾波器。與傳統(tǒng)的無源EMI濾波器相比，有源EMI 濾波器不僅具有優(yōu)良的噪聲衰減特性，而且功能強(qiáng)大，有的還能實(shí)現(xiàn)熱插拔，可大大節(jié)省印制板（PCB）的空間，適用于電源及電子設(shè)備、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。

　　有源EMI 濾波器的典型產(chǎn)品有美國Vicor 公司生產(chǎn)的QPI（Quiet Power Input）系列，主要包括QPI－3L～QPI－6L，QPI－8L。QPI系列EMI 濾波器的產(chǎn)品分類見表1。其中，QPI－8L 屬于帶熱插拔（Hot-swap）功能的有源EMI濾波器。

　　
       1.1 QPI－8L型有源EMI濾

　　QPI－8L符合直流48V或60V總線的要求，能對150 kHz～30MHz 的傳導(dǎo)噪聲（共模噪聲及差模噪聲）進(jìn)行衰減，在250 kHz 時(shí)的共模噪聲衰減能力大于40dB，差模噪聲衰減能力大于70 dB。它能在80V直流電壓下連續(xù)工作，并能承受100V直流浪涌電壓，其對地絕緣電壓為1500V，最大工作電流為6A，最大負(fù)載為200W。與無源EMI濾波器相比，共模噪聲衰減能力可提高20dB，差模噪聲衰減能力可提高10～30dB。具有浪涌電流限制及斷路、可編程欠電壓/過電壓保護(hù)、電源電壓正常指示等功能。默認(rèn)的欠電壓閾值為34V（關(guān)斷時(shí)的滯后電壓為2V）；過電壓閾值為76V（關(guān)斷時(shí)的滯后電壓為4V）；利用外部分壓電阻還可改變欠電壓及過電壓的閾值。使用方便，具有熱插拔功能，允許帶電插入或拔下有源EMI 濾波器。滿載時(shí)的效率高于99%，特別適合濾除DC/DC 電源變換器的電磁干擾。利用廠家提供的QPI－EVAL1軟件，可以很方便地對安裝好的QPI－8L及終端設(shè)備進(jìn)行測試。

　　1.2 QPI－8L型有源EMI 濾波器的工作原理

　　QPI－8L 的內(nèi)部框圖如圖1 所示。BUS＋、BUS－端分別接總線的正極、負(fù)極。SW端接受控于熱插拔功能的滿幅值負(fù)壓。SHIELD為屏蔽端，與負(fù)載的屏蔽端、Y 電容的公共端接在一起。QPI＋、QPI－分別接負(fù)載的正、負(fù)輸入端。PWRGD（Power good）為電源電壓正常指示的輸出端（集電極開路輸出），當(dāng)電源電壓不正常時(shí)該端輸出低電平。UVEN端、OV端各接1個(gè)電阻分壓器，分別設(shè)定欠電壓、過電壓閾值。主要包括以下5部分。

　　
       （1）熱插拔功能電路；

　　（2）EMI濾波器；

　?。?）供欠電壓檢測用的內(nèi)部分壓電阻（R1、R2）；

　　（4）供過電壓檢測用的內(nèi)部分壓電阻（R3、R4）；

　　（5）P溝道MOSFET。

　　當(dāng)電源電壓不正常時(shí)MOSFET 關(guān)斷，可將負(fù)載斷開，起到保護(hù)作用。

　　QPI－8L在0.01～30 MHz頻率范圍內(nèi)對共模噪聲的最大衰減量約為70 dB，對差模噪聲的最大衰減量可達(dá)82 dB。這是無源EMI 濾波器難以達(dá)到的指標(biāo)。QPI－8L型有源EMI濾波器與3 種無源EMI 濾波器產(chǎn)品對差模噪聲的插入損耗曲線圖如圖2 所示。圖2中，曲線a 代表QPI－8L，曲線b、c、d 分別代表3 種無源EMI 濾波器典型產(chǎn)品。顯然，QPI－8L 能在很寬的頻率范圍內(nèi)抑制差模噪聲。

　　
       1.3 有源電磁干擾濾波器的典型應(yīng)用

　　QPI－8L的典型接線圖如圖3 所示，將它插在總線電源與DC/DC電源轉(zhuǎn)換器之間。DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器直接安裝在印制板上并加屏蔽罩。C2～C6為旁路電容，容量可選0.047μF。

    2 集成過電壓保護(hù)器件

　　2.1 NCP345型集成過電壓保護(hù)器的原理

　　NCP345 采用先進(jìn)的Bi-CMOS 制造工藝，可承受30V的瞬態(tài)電壓。它能在小于1μs的時(shí)間內(nèi)迅速關(guān)斷P 溝道MOSFET，確保負(fù)載不受損壞。其關(guān)斷速度比低壓CMOS 監(jiān)測電路要快得多，后者在同樣負(fù)載情況下只能承受12V的瞬態(tài)電壓，而關(guān)斷時(shí)間長達(dá)200μs。適合接在AC/DC電源適配器（或電池充電器）與負(fù)載之間，電池充電器可以是鋰離子（Li-Ion）電池充電器、鎳氫(NiMH）電池充電器。它具有過電壓斷電和欠電壓鎖定功能，能檢測出過電壓狀況并迅速切斷輸入電源，避免因過電壓或電源適配器出現(xiàn)故障而損壞電子設(shè)備。其額定過電壓閾值的典型值為6.85V。

　　NCP345的內(nèi)部框圖如圖4 所示。主要包括輸入級電阻分壓器（R1、R2），電壓調(diào)節(jié)器，帶隙基準(zhǔn)電壓源，欠電壓鎖定電路，具有滯后特性的控制邏輯，MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。只要發(fā)生以下3 種情況之一，OUT端就輸出高電平將MOSFET關(guān)斷。

　　
    （1）UCC下降到欠電壓鎖定閾值電壓（2.8V）以下；

　?。?）IN端的輸入電壓高于過電壓閾值（6.85V）；

　?。?）CNTRL端輸入為高電平。

　　只要在IN 端與UCC端之間接上電阻分壓器，即可調(diào)節(jié)過電壓閾值UOV。由于IN 端的輸入電阻RIN為幾十kΩ，因此僅當(dāng)R1、R2<