輸出過壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)思路

開關(guān)電源在使用過程中會發(fā)生輸出電壓過高或者過低的現(xiàn)象：開關(guān)電源存在一個(gè)額定電壓，如果超出額定電壓就可能超出輸出電容的耐壓值，電源會因此發(fā)熱擊穿而燒毀甚至起火，因此設(shè)計(jì)出不同類型的保護(hù)電路，當(dāng)控制電路失效或其他故障導(dǎo)致電壓升高時(shí)，關(guān)閉電源的輸出，從而保護(hù)負(fù)載，提高系統(tǒng)的可靠性。

以下介紹幾種目前常見的過壓保護(hù)電路原理及優(yōu)勢分析：

1 輸出過壓保護(hù)電路方案1

該方案是通過穩(wěn)壓管以及光耦的搭配，靠光耦的導(dǎo)通來控制原邊控制IC 停止工作，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)；當(dāng)有高于正常輸出電壓范圍的外加電壓加到輸出端或者電路本身出現(xiàn)的故障導(dǎo)致輸出電壓升高，該電路會將電壓鉗位在設(shè)定值。結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1

工作原理分析：當(dāng)輸出過壓時(shí)，加在D730 上的電壓大于其穩(wěn)定值時(shí)，D730 將導(dǎo)通，輸出電壓會被鉗位，同時(shí)過壓信號會通過OC730 向原邊反饋，使得原邊控制IC 用于過壓保護(hù)的引腳拉低或致高（如圖：拉低SNSBOOST 引腳）從而停止工作。

圖2

2 輸出過壓保護(hù)電路方案2

該方案是在第一個(gè)電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列改動，去掉原有的穩(wěn)壓二極管，采用TL431 來檢測輸出電壓的電路，提高了采樣精度，如圖3 所示。

圖3

工作原理分析：過壓時(shí)，輸出電壓通過電阻R730與R731//R732 的分壓，使得VA > Vref，U730 將導(dǎo)通，同時(shí)過壓信號會通過OC730 向原邊反饋，使得原邊控制IC 用于過壓保護(hù)的引腳拉低或致高（如圖：拉低SNSBOOST 引腳）從而停止工作。

以上兩種方案中都存在一個(gè)光耦，這是因?yàn)槲覀兊碾娫葱枰龈綦x，但其實(shí)光耦的價(jià)格本身就不算便宜，因此我們思考能否在去掉光耦的同時(shí)可以檢測輸出電壓，而需要隔離且不需要用到光耦，自然而然的就會想到我們常用的變壓器等一系列磁芯器件，但增加器件又違背了想要價(jià)格更便宜的原則，因此需要在不增加其他器件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。

而隔離電源都存在一個(gè)隔離變壓器，這是每個(gè)開關(guān)電源都會有的，因此我們可以利用該變壓器來實(shí)現(xiàn)原副邊隔離，因?yàn)殚_關(guān)電源原邊都存在VCC 繞組，因此我們可以利用VCC 繞組實(shí)現(xiàn)輸出過壓保護(hù)，第3 種保護(hù)電路應(yīng)運(yùn)而生。

圖4

3 輸出過壓保護(hù)電路方案3

該方案采用原邊輔助繞組V_cc，通過耦合副邊輸出電壓，輸出電壓升高導(dǎo)致V_cc 電壓升高從而實(shí)現(xiàn)輸出過壓保護(hù)的作用，結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5

工作原理分析：過壓時(shí)，輸出電壓Vo2 升高時(shí)，輔助繞組電壓PAUX 電壓升高，通過上下拉電阻R812 與R813//R814 的分壓提供給IC 的DEM 引腳，當(dāng)DEM 引腳電壓超過OVP 電壓閥值時(shí)，IC 將進(jìn)入輸出電壓過壓保護(hù)狀態(tài)，IC 停止工作。

以上3 種方案中，方案1 以及方案2 均可被使用在自身反饋環(huán)路出問題以及輸出電壓被外部電壓強(qiáng)制提高時(shí)起作用，而方案3 僅針對與電源自身反饋出問題時(shí)才起作用。而在針對單純的輸出電壓因外部電壓強(qiáng)制升高而導(dǎo)致的異常同樣有以下兩種可行方案。

圖6

4 輸出過壓保護(hù)電路方案

在輸出端增加一個(gè)鉗位二極管，原理如圖7 所示。

圖7

工作原理分析：當(dāng)輸出端反灌電壓進(jìn)入開關(guān)電源時(shí)，輸出端穩(wěn)壓管將導(dǎo)通，防止電壓灌入導(dǎo)致電源內(nèi)部器件損壞，同時(shí)缺點(diǎn)相較為明顯，穩(wěn)壓管電壓鉗位時(shí)間較短，時(shí)間過長容易損壞。

圖8

5 輸出過壓保護(hù)電路方案

為解決輸出端反灌電壓時(shí)間較長問題，我們可以采用輸出端串聯(lián)二極管的方式，使得反灌電壓無法進(jìn)入電源內(nèi)部，只能由電源向外輸出，而不能外灌電壓進(jìn)入，但相應(yīng)的會產(chǎn)生其他問題，因二極管存在導(dǎo)通壓降，當(dāng)輸出電路較大時(shí)，二極管發(fā)熱劇增，增大了電源損耗，同時(shí)因?qū)▔航翟蚪档土溯敵鲭妷壕取Ｔ砣缦聢D9所示。因此該方案只是用于輸出電流較小且輸出電壓精度不高的產(chǎn)品。

圖9

6 結(jié)束語

從以上5 種常用電路的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)分析來看，方案四以及方案五只針對外灌電壓形式的過壓保護(hù)，不適用于不同場景應(yīng)用，方案1 以及方案3 的精度問題也較為明顯，相對于言，方案2 中僅因光耦以及431 而增加的部分費(fèi)用，在中大功率產(chǎn)品中影響并不大，市場在使用中更在意的是產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性。

目前，金升陽120W 以上的機(jī)殼開關(guān)電源LM 系列，導(dǎo)軌電源LI 系列等產(chǎn)品均使用方案2 的輸出過壓保護(hù)電路，提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。未來，金升陽也會持續(xù)響應(yīng)市場趨勢，始終如一，深耕電源技術(shù)創(chuàng)新，腳踏實(shí)地將民族工業(yè)品牌發(fā)揚(yáng)光大，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，為國產(chǎn)電源崛起貢獻(xiàn)力量。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年4月期）