過(guò)壓保護(hù)電路原理深度解析與優(yōu)勢(shì)探討

開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)面臨輸出電壓過(guò)高或過(guò)低的異常狀況：由于開(kāi)關(guān)電源具有一定的額定電壓值，若超出此設(shè)定數(shù)值范圍，則有可能導(dǎo)致輸出電容耐壓能力無(wú)法承受負(fù)荷，引發(fā)電源發(fā)熱、短路甚至起火等嚴(yán)重后果。為了有效預(yù)防此類(lèi)問(wèn)題，我們精心設(shè)計(jì)了多種形式的保護(hù)電路。當(dāng)控制電路失效或其他故障導(dǎo)致電壓異常上升時(shí)，關(guān)閉電源的輸出，從而對(duì)負(fù)載進(jìn)行有效保護(hù)，提升整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。 下面介紹幾種目前常見(jiàn)的過(guò)壓保護(hù)電路原理及優(yōu)勢(shì)分析：

過(guò)壓保護(hù)電路一

通過(guò)穩(wěn)壓管以及光耦的搭配，靠光耦的導(dǎo)通來(lái)控制原邊控制IC停止工作，實(shí)現(xiàn)過(guò)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(huì)將電壓鉗位在設(shè)定值。

圖1 工作原理： 當(dāng)輸出過(guò)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(huì)被鉗位，同時(shí)過(guò)壓信號(hào)會(huì)通過(guò)OC730向原邊反饋，使得原邊控制IC用于過(guò)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。

電路優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、成本低

缺點(diǎn)：精度不高，受穩(wěn)壓管批次剪得差異以及穩(wěn)壓管得溫度特性所致，過(guò)壓鉗位點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)上下浮動(dòng)，批出貨中存在差異。

總結(jié)：因此在采用該方案時(shí)，一般需要援用溫度系數(shù)較好的穩(wěn)壓管。或者采用兩種溫度系數(shù)相反的穩(wěn)壓管串聯(lián)起來(lái)作為補(bǔ)償。

過(guò)壓保護(hù)電路二

在第一個(gè)電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列改動(dòng)，去掉原有的穩(wěn)壓二極管，采用TL431來(lái)檢測(cè)輸出電壓的電路，提高了采樣精度；

圖2 工作原理： 過(guò)壓時(shí)，輸出電壓通過(guò)電阻R730與R731//R732的分壓，使得VA＞Vref，U730將導(dǎo)通，同時(shí)過(guò)壓信號(hào)會(huì)通過(guò)OC730向原邊反饋，使得原邊控制IC用于過(guò)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。

電路優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：輸出過(guò)壓保護(hù)值可以精準(zhǔn)設(shè)置

缺點(diǎn)：相對(duì)穩(wěn)壓管鉗位方式成本稍高一些

總結(jié)：因此在采用該方案時(shí)，一般是應(yīng)用在后級(jí)需要嚴(yán)格控制電壓的電源。

對(duì)比1、2兩個(gè)方案都存在一個(gè)光耦，這是因?yàn)殡娫葱枰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(cè)輸出電壓，而需要隔離且不需要用到光耦，自然而然的就會(huì)想到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(guò)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(kāi)關(guān)電源都會(huì)有的，因此，可以利用該變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)原副邊隔離，因?yàn)殚_(kāi)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(guò)壓保護(hù)，第三種保護(hù)電路應(yīng)運(yùn)而生。

過(guò)壓保護(hù)電路三

該方案采用原邊輔助繞組VCC，通過(guò)耦合副邊輸出電壓，輸出電壓升高導(dǎo)致VCC電壓升高從而實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)壓保護(hù)的作用；

圖3 工作原理： 過(guò)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(guò)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(guò)OVP電壓閥值時(shí)，IC將進(jìn)入輸出電壓過(guò)壓保護(hù)狀態(tài)，IC停止工作。 電路優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：成本相比較更低 缺點(diǎn)：受變壓器耦合度影響較大精度以及一致性不好 總結(jié)：因此在采用該方案時(shí)，一般都是過(guò)壓保護(hù)的電壓范圍較寬。 ? 與前兩種方案相比：方案一、二都可以在自身反饋環(huán)路出問(wèn)題以及輸出電壓被外部電壓強(qiáng)制提高時(shí)起作用。但是，方案三只針對(duì)與電源自身反饋出問(wèn)題時(shí)才起作用。 然而，當(dāng)輸出電壓僅受到外部電壓強(qiáng)行提升而引發(fā)異常狀況時(shí)，同樣存在以下兩種切實(shí)可行的解決策略：

過(guò)壓保護(hù)電路四

在輸出端增加一個(gè)鉗位二極管，原理如圖4所示：

圖4 工作原理： 當(dāng)輸出端反灌電壓進(jìn)入開(kāi)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(guò)長(zhǎng)容易損壞。 電路優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：成本更低 缺點(diǎn)：電壓鉗位時(shí)間較短 ?

過(guò)壓保護(hù)電路五

針對(duì)輸出端電壓反灌時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，我們可以考慮實(shí)施輸出端串聯(lián)二極管的策略，如此一來(lái)，反灌電壓將被隔離在電源外部，僅能由電源輸出，而非外界電壓的引入。然而，這種方法存在一些潛在的問(wèn)題，因?yàn)槎O管存在導(dǎo)通壓降，當(dāng)電路較大時(shí)，二極管將會(huì)產(chǎn)生極大的熱耗，從而增加了電源的損耗。此外，由于導(dǎo)通壓降的影響，輸出電壓的精確度也可能受到影響。具體原理如圖5所示：

圖5 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。

小結(jié)

通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匮芯坎⒎治錾鲜鑫孱?lèi)主流電路的基本原理及各種優(yōu)點(diǎn)和缺陷，我們可以發(fā)現(xiàn)，方案四與方案五僅適用于外部輸入電壓形式的過(guò)壓防護(hù)，并不適合多種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，此外，方案一與方案三的精度問(wèn)題也相當(dāng)顯著。相對(duì)而言，在方案二中，僅因光耦和431的額外成本增加，在中大型功率產(chǎn)品中的影響并不顯著，生產(chǎn)商和消費(fèi)者更關(guān)注的焦點(diǎn)是產(chǎn)品的穩(wěn)定性能和安全性。

審核編輯：黃飛

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