輸出過(guò)壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)思路

一丶引言

開(kāi)關(guān)電源在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生輸出電壓過(guò)高或者過(guò)低的現(xiàn)象：開(kāi)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(huì)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。

二、常見(jiàn)方式

以下介紹幾種目前常見(jiàn)的過(guò)壓保護(hù)電路原理及優(yōu)勢(shì)分析：

（1）輸出過(guò)壓保護(hù)電路一

該方案是通過(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

工作原理分析：

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)分析

優(yōu)點(diǎn)：電路形式簡(jiǎn)單，成本低

缺點(diǎn)：精度不高，受穩(wěn)壓管批次件的差異以及穩(wěn)壓管的溫度特性所致，過(guò)壓鉗位點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)上下浮動(dòng)，批量出貨中存在差異。

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。

（2）輸出過(guò)壓保護(hù)電路二

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(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

工作原理分析：

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)分析

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

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。

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(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(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，因此我們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。

（3）輸出過(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

工作原理分析：

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)分析

優(yōu)點(diǎn)：成本相較更低

缺點(diǎn)：受變壓器耦合度影響較大精度以及一致性不好

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。

以上三種方案中：方案一以及方案二均可被使用在自身反饋環(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，而方案三僅針對(duì)與電源自身反饋出問(wèn)題時(shí)才起作用。

而在針對(duì)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：

（4）輸出過(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

工作原理分析：

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)分析

優(yōu)點(diǎn)：成本更低

缺點(diǎn)：電壓鉗位時(shí)間較短

（5）輸出過(guò)壓保護(hù)電路五

為解決輸出端反灌電壓時(shí)間較長(zhǎng)問(wèn)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(wú)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(huì)產(chǎn)生其他問(wèn)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?。原理如下圖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。

三、小結(jié)

從以上五種常用電路的原理以及優(yōu)缺點(diǎn)分析來(lái)看，方案四以及方案五只針對(duì)外灌電壓形式的過(guò)壓保護(hù)，不適用于不同場(chǎng)景應(yīng)用，方案一以及方案三的精度問(wèn)題也較為明顯，相對(duì)于言，方案二中僅因光耦以及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(chǎng)在使用中更在意的是產(chǎn)品的穩(wěn)定性和安全性。

審核編輯：湯梓紅