電源過壓保護

電源過壓保護非常有用 - 一些 PSU 故障可能會對設備造成損壞的大電壓。 過壓保護可防止線性穩壓器和開關模式電源發生這種情況。

儘管現代電源現在非常可靠，但它們發生故障的可能性總是很小但確實存在。

它們可能以多種方式發生故障，一個特別令人擔憂的可能性是串聯傳輸元件，即主傳輸晶體管或 FET 可能會發生故障，導致短路。 如果發生這種情況，通常被稱為過電壓的非常大的電壓可能會出現在正在供電的電路上，從而對整個設備造成災難性損壞。

通過以過壓保護的形式添加一點額外的保護電路，可以防止這種不太可能但災難性的可能性。

大多數專為高價值設備非常可靠地運行而設計的電源將包含某種形式的過壓保護，以確保任何電源故障都不會導致對供電設備的損壞。 這適用於線性電源和開關模式電源。

一些電源可能沒有過壓保護，這些不應該用於為昂貴的設備供電——可以做一點電子電路設計，開發一個小的過壓保護電路，並將其作為額外的項目添加。

過壓保護基礎知識

電源發生故障的方式有很多種。 然而，要更多地了解過壓保護和電路問題，很容易舉一個使用非常簡單的齊納二極管和串聯傳輸晶體管的線性穩壓器的簡單示例。

使用齊納二極管和射極跟隨器的基本系列穩壓器

雖然更複雜的電源提供更好的性能，但它們也依賴串聯晶體管來傳遞輸出電流。 主要區別在於調節器電壓施加到晶體管基極的方式。

通常，輸入電壓會在串聯電壓調節器元件上下降幾伏。 這使串聯傳輸晶體管能夠充分調節輸出電壓。 通常，串聯傳輸晶體管上的壓降相對較高 - 對於 12 伏電源，輸入可能是 18 伏甚至更高，以提供所需的調節和紋波抑制等。

這意味著穩壓器元件中可能會散發大量熱量，並且與輸入端可能出現的任何瞬態尖峰相結合，這意味著始終存在故障的可能性。

晶體管串聯傳輸器件通常會在開路條件下失效，但在某些情況下，晶體管可能會在集電極和發射極之間產生短路。 如果發生這種情況，那麼電壓調節器的輸出中將出現完全未調節的輸入電壓。

如果輸出端出現全電壓，則可能會損壞供電電路中的許多 IC。 在這種情況下，電路很可能無法進行經濟修復。

開關穩壓器的工作方式非常不同，但在某些情況下，全輸出可能會出現在電源的輸出上。

對於線性穩壓電源和開關模式電源，總是建議採用某種形式的過壓保護。

過電壓保護類型

與許多電子技術一樣，有幾種方法可以實現特定功能。 這適用於過壓保護。

有幾種不同的技術可以使用，每一種都有自己的特點。 在確定在電子電路設計階段使用哪種方法時，都需要權衡性能、成本、複雜性和操作模式。

• SCR Crowbar：顧名思義，如果遇到過壓情況，Crowbar 電路會在電源輸出端短路。 通常晶閘管，即 SCR 用於此目的，因為它們可以切換大電流並保持導通，直到任何電荷分散。 晶閘管可以連接回保險絲，該保險絲熔斷並隔離穩壓器，使其免受任何進一步的電壓施加。

  晶閘管撬棒過壓保護電路

  在該電路中，選擇齊納二極管使其電壓高於輸出的正常工作電壓，但低於會發生損壞的電壓。 在這種傳導中，沒有電流流過齊納二極管，因為它的擊穿電壓還沒有達到，沒有電流流入晶閘管的柵極，它保持關閉狀態。 電源將正常運行。

  如果電源中的串聯導通晶體管發生故障，電壓將開始上升 - 單元中的去耦將確保它不會立即上升。 隨著它的上升，它將上升到齊納二極管開始導通的點之上，電流將流入晶閘管的柵極，使其觸發。

  當晶閘管觸發時，它將使電源的輸出短路到地，從而防止損壞其供電的電路。 這種短路也可用於熔斷保險絲或其他元件，切斷穩壓器的電源並隔離裝置免受進一步損壞。

  通常在晶閘管的柵極到地之間放置一些以小電容器形式的去耦，以防止來自電源單元的急劇瞬變或射頻進入柵極連接並導致寄生觸發。 然而，這不應該做得太大，因為它可能會在實際發生故障的情況下減慢電路觸發，並且保護可能太慢。

  晶閘管撬棒過壓保護注意事項：

  晶閘管或 SCR，可控矽整流器可用於在電源電路中提供過壓保護。 通過檢測高電壓，電路可以觸髮晶閘管以在電壓軌上放置短路或撬棒，以確保其不會升高到高電壓。

  閱讀更多關於 晶閘管撬棒過壓保護電路。

• 電壓箝位：另一種非常簡單的過電壓保護形式使用稱為電壓箝位的方法。 在最簡單的形式中，它可以通過使用放置在穩壓電源輸出端的齊納二極管來提供。 選擇的齊納二極管電壓略高於最大軌電壓，在正常情況下它不會導通。 如果電壓升得太高，它將開始導通，將電壓箝制在略高於軌電壓的值。

  如果穩壓電源需要更高的電流能力，則可以使用帶有晶體管緩衝器的齊納二極管。 這將增加簡單齊納二極管電路的電流容量，其係數等於晶體管的電流增益。 由於該電路需要功率晶體管，因此可能的電流增益水平將很低 - 可能為 20 - 50。

  齊納二極管過壓箝位
  (a) - 簡單的齊納二極管，(b) - 具有晶體管緩衝器的更高電流

• 電壓限制：當開關模式電源需要過壓保護時，由於功耗要求以及組件的可能尺寸和成本，SMPS、箝位和撬棒技術的使用較少。

  幸運的是，大多數開關模式穩壓器在低電壓條件下都會失效。 然而，在過壓情況下，設置電壓限制功能通常是謹慎的。
  
  這通常可以通過檢測過壓情況並關閉轉換器來實現。 這尤其適用於 DC-DC 轉換器的情況。 在實現這一點時，有必要在主 IC 穩壓器之外合併一個感測環路 - 許多開關模式穩壓器和 DC-DC 轉換器使用芯片來實現大部分電路。 使用外部檢測迴路非常重要，因為如果開關模式穩壓器芯片損壞導致過壓情況，檢測機制也可能損壞。

  顯然，這種形式的過壓保護需要特定於特定電路和使用的開關模式電源芯片的電路。

這三種技術都被使用並且可以提供有效的電源過壓保護。 每種都有自己的優點和缺點，需要根據給定的情況選擇技術。

留言 

郵件列表