電源自保護(hù)基礎(chǔ)

AC/DC 和 DC/DC 電源在常規(guī)操作中通常相對堅固。盡管如此，這些單元中的大多數(shù)都內(nèi)置了一些保護(hù)功能，以確保它們在發(fā)生故障或不符合規(guī)范的操作模式時不會“自毀”或損壞相關(guān)電路——主要是它們的負(fù)載。

（注意：嚴(yán)格來說，電源要么是 AC/DC 單元，要么是 DC/DC 單元，但后者也被稱為轉(zhuǎn)換器或穩(wěn)壓器。然而，與這些術(shù)語相關(guān)的用法通常很草率，尤其是在隨意的談話中.)

保護(hù)電源和負(fù)載不需要保險絲嗎？

是和不是。如果負(fù)載路徑短路或開始吸收過多電流，保險絲會保護(hù)電源?？赡懿恍枰ｋU絲，因為許多電源“自我限制”，因為它們只能提供一定量的電流。斷開的保險絲需要手動更換，這在許多應(yīng)用中是一個問題（但在其他應(yīng)用中是優(yōu)點）。另外，除了輸出電流過大之外，保險絲無法防止其他類型的故障或誤操作。

什么是欠壓鎖定 (UVLO)？

UVLO 確保 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在它看到的輸入電壓過低時不會嘗試運行（圖 1）。這樣做有兩個原因：首先，如果輸入直流電壓太低，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的電路可能會發(fā)生故障或以不確定的方式運行，并且實際上可能會損壞一些更高功率的組件；其次，即使轉(zhuǎn)換器不能產(chǎn)生有效的輸出功率，它也可以防止轉(zhuǎn)換器吸收初級電源。后一方面意味著電源（例如向轉(zhuǎn)換器提供不足電壓的電池）仍可能被轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步耗盡。因此，電池的充電時間會更長，尤其是來自能量收集等能量受限來源時。

圖 1：電源不會“立即”達(dá)到全輸出，而是具有開啟和關(guān)閉的過渡范圍和時間；UVLO 確保電源在其輸入電壓低于正常運行所需的最低電壓時不會嘗試提供完整輸出。（來源：德州儀器）

為實現(xiàn) UVLO，轉(zhuǎn)換器內(nèi)的小型低功耗比較電路將輸入電壓與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較。它將電源置于靜態(tài)模式，直到超過閾值。少量滯后可確保 UVLO 不會在閾值附近顫動。因此，例如，當(dāng)輸入電壓降至 5.0 V 以下時電源將關(guān)閉，但在上升電壓達(dá)到 5.5 V 之前不會打開

什么是過電壓保護(hù) (OVP)？

盡管電源或轉(zhuǎn)換器的設(shè)計目的是正常產(chǎn)生固定的直流輸出電壓，但電源的內(nèi)部故障可能會導(dǎo)致該電壓升高，并可能損壞與電源相連的負(fù)載。這種故障可能是由于線束短路、無源元件故障或 MOSFET 等有源器件故障造成的。無論來源如何，它本身無疑是不可取的，特別是如果它也可能損壞負(fù)載。OVP 是一種監(jiān)視輸出與內(nèi)部基準(zhǔn)的關(guān)系的功能，如果電壓上升到閾值以上則輸出短路。

監(jiān)控和跳閘的電路稱為“撬棍”，之所以如此命名，是因為它與在輸出端放置金屬撬棍具有相同的效果。設(shè)計得當(dāng)?shù)?crowbar 既簡單又獨立于電源本身發(fā)揮作用（圖 2）。

圖 2：該短路器電路采用 8V 電源供電，其過壓保護(hù)設(shè)置為 9.1V（這可以通過使用不同的齊納二極管 ZD1 更改為具有首選電壓的齊納二極管；在 9.1V 時，齊納二極管開始導(dǎo)通并產(chǎn)生觸發(fā)信號，使晶閘管 Q1 導(dǎo)通（注意保險絲是為了防止過電流）。

有兩種撬棒：一種撬棒一旦跳閘，只有在我關(guān)掉電源后才會復(fù)位；一旦輸出電壓故障被清除，它就會自行復(fù)位。當(dāng)觸發(fā) crowbar 的條件是瞬態(tài)而非電源硬故障時，第二種方法很有用。雖然現(xiàn)在大多數(shù)電源都帶有內(nèi)置撬棒，但許多供應(yīng)商提供了一個小型、獨立的撬棒電路，如果需要，可以將其添加到現(xiàn)有電源中。

什么是熱過載保護(hù)？

就其本質(zhì)而言，任何電源都會產(chǎn)生熱量，因為它的效率低于 100%。即使是高效的電源也會產(chǎn)生潛在的麻煩數(shù)量：效率為 90% 的 100 W 集合仍然會耗散 10 W，這非常有可能使外殼變熱。為此，電源必須設(shè)計有足夠的主動冷卻（例如風(fēng)扇）或被動冷卻（通過對流和傳導(dǎo)冷卻實現(xiàn)）。

但是，當(dāng)風(fēng)扇發(fā)生故障、氣流路徑被阻塞或?qū)⒘硪粋€熱源引入外殼時會發(fā)生什么？電源可能會超過其額定溫度，這會嚴(yán)重縮短其使用壽命，甚至可能會立即導(dǎo)致故障。解決方案是電源內(nèi)的一個電路，該電路感應(yīng)溫度并在溫度超過預(yù)設(shè)限制時將電源置于靜態(tài)模式。與 OVP 一樣，一些熱熔斷器會在溫度下降時自動允許電源恢復(fù)運行，而其他熱熔斷器則不會。哪種方法“更好”取決于應(yīng)用程序的性質(zhì)和使用周期。

這些是電源或轉(zhuǎn)換器中的主要內(nèi)部保護(hù)機(jī)制。還有針對外部事件和故障的“防御”，通常在電源之外提供或作為附加附件提供。

參考
德州儀器 SLVA769，“了解顯示電源設(shè)備中的欠壓閉鎖”