輸出過(guò)壓保護電路的設計思路

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，因此設計出不同類(lèi)型的保護電路，當控制電路失效或其他故障導致電壓升高時(shí)，關(guān)閉電源的輸出，從而保護負載，提高系統的可靠性。

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

1 輸出過(guò)壓保護電路方案1

該方案是通過(guò)穩壓管以及光耦的搭配，靠光耦的導通來(lái)控制原邊控制IC 停止工作，實(shí)現過(guò)壓保護；當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的故障導致輸出電壓升高，該電路會(huì )將電壓鉗位在設定值。結構如圖1 所示。

圖1

工作原理分析：當輸出過(guò)壓時(shí)，加在D730 上的電壓大于其穩定值時(shí)，D730 將導通，輸出電壓會(huì )被鉗位，同時(shí)過(guò)壓信號會(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(guò)壓保護電路方案2

該方案是在第一個(gè)電路的基礎上進(jìn)行的一系列改動(dòng)，去掉原有的穩壓二極管，采用TL431 來(lái)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(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 將導通，同時(shí)過(guò)壓信號會(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，這是因為我們的電源需要做隔離，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(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上實(shí)現過(guò)壓保護。

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)現原副邊隔離，因為開(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)現輸出過(guò)壓保護，第3 種保護電路應運而生。

圖4

3 輸出過(guò)壓保護電路方案3

該方案采用原邊輔助繞組V_cc，通過(guò)耦合副邊輸出電壓，輸出電壓升高導致V_cc 電壓升高從而實(shí)現輸出過(guò)壓保護的作用，結構如圖5 所示。

圖5

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(wèn)題以及輸出電壓被外部電壓強制提高時(shí)起作用，而方案3 僅針對與電源自身反饋出問(wèn)題時(shí)才起作用。而在針對單純的輸出電壓因外部電壓強制升高而導致的異常同樣有以下兩種可行方案。

圖6

4 輸出過(guò)壓保護電路方案

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：當輸出端反灌電壓進(jìn)入開(kāi)關(guān)電源時(shí)，輸出端穩壓管將導通，防止電壓灌入導致電源內部器件損壞，同時(shí)缺點(diǎn)相較為明顯，穩壓管電壓鉗位時(shí)間較短，時(shí)間過(guò)長(cháng)容易損壞。

圖8

5 輸出過(guò)壓保護電路方案

為解決輸出端反灌電壓時(shí)間較長(cháng)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)入電源內部，只能由電源向外輸出，而不能外灌電壓進(jìn)入，但相應的會(huì )產(chǎn)生其他問(wèn)題，因二極管存在導通壓降，當輸出電路較大時(shí)，二極管發(fā)熱劇增，增大了電源損耗，同時(shí)因導通壓降原因降低了輸出電壓精度。原理如下圖9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 結束語(yǔ)

從以上5 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外灌電壓形式的過(guò)壓保護，不適用于不同場(chǎng)景應用，方案1 以及方案3 的精度問(wèn)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)品的穩定性和安全性。

目前，金升陽(yáng)120W 以上的機殼開(kāi)關(guān)電源LM 系列，導軌電源LI 系列等產(chǎn)品均使用方案2 的輸出過(guò)壓保護電路，提升整個(gè)系統的可靠性。未來(lái)，金升陽(yáng)也會(huì )持續響應市場(chǎng)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)揚光大，為客戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，為國產(chǎn)電源崛起貢獻力量。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年4月期）