電源保護技術知多少?

作者 : Bill Schweber,資深技術編輯

設計工程師們都知道,電源除了要能在發生負載和線路變化、系統瞬變,以及雜訊等偏差的情況下提供穩定的DC (或AC)電壓之外,還必須要保護自己免受臨時和永久性故障(內部或外部)的影響…

設計工程師們都知道,電源除了要能在發生負載和線路變化、系統瞬變,以及雜訊等偏差的情況下提供穩定的DC (或AC)電壓之外,還必須要保護自己免受臨時和永久性故障(內部或外部)的影響,從而避免負載損壞。

電源保護涉及很多方面,許多案例會將以下這些方案結合使用:

  • 過載(過電流/短路)保護

包括典型的保險絲──熔斷體(fusible link)──可在負載路徑短路或開始吸收過多電流時對電源提供保護。許多電源由於只能提供一定量的電流而會「自我限制」,因此不需要使用保險絲——但是在某些法規管制情況下會需要。標準的保險絲是透過「熔斷」(開路)而停止電流流動,因此需要進行手動更換;這在某些情況下可能造成麻煩,但在別的情況下可能又是優點。此外,還有電子保險絲,這種產品可以自動重設。

  • 限流(current limiting)和電流折返(current foldback)

這是過載保護的延伸,如果負載從電源吸收的電流超過設計極限,那麼電流折返就會將輸出電流和相關的電壓降低到低於正常工作極限的值。在極端情況下,如果負載發生短路,那麼電流就會被限制在最大值的一小部分,而輸出電壓顯然就會變為零。

  • 欠壓鎖定(Undervoltage lockout,UVLO)

UVLO保護在發現其輸入端電壓太低時,可確保讓DC/DC轉換器不嘗試運作(圖1)。這可能會是一個問題:首先如果電源輸出的直流電壓太低,那麼它就有可能不確定,這就可能導致系統問題。其次,即使電壓很低,它也可以防止 「吸血鬼」從電源耗電——這有可能耗盡系統正在嘗試充電的電池。UVLO還有助於上電時序(power-on sequencing)的正常運作(如果有的化)。第三,如果DC/DC轉換器的輸入電壓過低而無法正常運作,其本身就可能受到損壞。

圖1:隨著電源從關閉轉向完全開啟,然後再回到關閉狀態,電源會經歷不同的模式;在此期間,如果電源的輸入電壓低於正常運作所需的最小值,那麼UVLO可以確保電源不嘗試開啟而提供輸出。(圖片來源:TI)

  • 過壓保護(overvoltage protection,OVP)

OVP會在電源內部故障導致其輸出電壓上升到超過規定的最大值時啟動,從而保護負載免受損壞。當電壓超過某個預設水準時,OVP就會關閉電源或者對輸出進行鉗位(clamps)。OVP電路通常被稱為「撬棍」(crowbar)電路,大概是因為其作用與在電源輸出兩端放置一根金屬撬棍相同,而撬棍電路的設計最好是與電源本身無關。一種典型的撬棍電路是僅在

電源關閉(跳電)時才會重設。另一種類型則是,一旦清除了輸出電壓故障,它就會自動重設。後一種類型在引起撬棍跳開的情況很短暫時才有用,而非電源出現嚴重故障時。儘管現在大多數電源都內建撬棍,但許多供應商都提供了一個小型的獨立撬棍電路,而可以在需要時將其添加到現有電源中。

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