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(duì)堅(jiān)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?cè)诎l(fā)生故障或不符合規(guī)范的操作模式時(shí)不會(huì)“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(lái)說(shuō)，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(yǔ)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(xiǎn)絲嗎？

是和不是。如果負(fù)載路徑短路或開(kāi)始吸收過(guò)多電流，保險(xiǎn)絲會(huì)保護(hù)電源。可能不需要保險(xiǎn)絲，因?yàn)樵S多電源“自我限制”，因?yàn)樗鼈冎荒芴峁┮欢康碾娏?。斷開(kāi)的保險(xiǎn)絲需要手動(dòng)更換，這在許多應(yīng)用中是一個(gè)問(wèn)題（但在其他應(yīng)用中是優(yōu)點(diǎn)）。另外，除了輸出電流過(guò)大之外，保險(xiǎn)絲無(wú)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(guò)低時(shí)不會(huì)嘗試運(yùn)行（圖 1）。這樣做有兩個(gè)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(huì)發(fā)生故障或以不確定的方式運(yùn)行，并且實(shí)際上可能會(huì)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(jí)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(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，尤其是來(lái)自能量收集等能量受限來(lái)源時(shí)。

圖 1：電源不會(huì)“立即”達(dá)到全輸出，而是具有開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)渡范圍和時(shí)間；UVLO 確保電源在其輸入電壓低于正常運(yùn)行所需的最低電壓時(shí)不會(huì)嘗試提供完整輸出。（來(lái)源：德州儀器）

為實(shí)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(guò)閾值。少量滯后可確保 UVLO 不會(huì)在閾值附近顫動(dòng)。因此，例如，當(dāng)輸入電壓降至 5.0 V 以下時(shí)電源將關(guān)閉，但在上升電壓達(dá)到 5.5 V 之前不會(huì)打開(kāi)

什么是過(guò)電壓保護(hù) (OVP)？

盡管電源或轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)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(huì)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(wú)源元件故障或 MOSFET 等有源器件故障造成的。無(wú)論來(lái)源如何，它本身無(wú)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?yàn)樗c在輸出端放置金屬撬棍具有相同的效果。設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)?crowbar 既簡(jiǎn)單又獨(dú)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(guò)壓保護(hù)設(shè)置為 9.1V（這可以通過(guò)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(shí)，齊納二極管開(kāi)始導(dǎo)通并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，使晶閘管 Q1 導(dǎo)通（注意保險(xiǎn)絲是為了防止過(guò)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(huì)復(fù)位；一旦輸出電壓故障被清除，它就會(huì)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(shí)，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(gè)小型、獨(dú)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(guò)載保護(hù)？

就其本質(zhì)而言，任何電源都會(huì)產(chǎn)生熱量，因?yàn)樗男实陀?100%。即使是高效的電源也會(huì)產(chǎn)生潛在的麻煩數(shù)量：效率為 90% 的 100 W 集合仍然會(huì)耗散 10 W，這非常有可能使外殼變熱。為此，電源必須設(shè)計(jì)有足夠的主動(dòng)冷卻（例如風(fēng)扇）或被動(dòng)冷卻（通過(guò)對(duì)流和傳導(dǎo)冷卻實(shí)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€(gè)熱源引入外殼時(shí)會(huì)發(fā)生什么？電源可能會(huì)超過(guò)其額定溫度，這會(huì)嚴(yán)重縮短其使用壽命，甚至可能會(huì)立即導(dǎo)致故障。解決方案是電源內(nèi)的一個(gè)電路，該電路感應(yīng)溫度并在溫度超過(guò)預(yù)設(shè)限制時(shí)將電源置于靜態(tài)模式。與 OVP 一樣，一些熱熔斷器會(huì)在溫度下降時(shí)自動(dòng)允許電源恢復(fù)運(yùn)行，而其他熱熔斷器則不會(huì)。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(duì)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”