電源設備保護電路的優(yōu)化設計

　　評價(jià)開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量指標應該是以安全性、可靠性為第一原則。在電氣技術(shù)指標滿(mǎn)足正常使用要求的條件下，為使電源在惡劣環(huán)境及突發(fā)故障情況下安全可靠地工作，必須設計多種保護電路，比如防浪涌的軟啟動(dòng)，防過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、過(guò)流、短路、缺相等保護電路。

　　1 有源電磁干擾濾波器的原理與應用

　　有源電磁干擾濾波器簡(jiǎn)稱(chēng)有源EMI 濾波器，它是把有源器件集成在微封裝的芯片中，專(zhuān)門(mén)用來(lái)抑制電磁干擾的濾波器。與傳統的無(wú)源EMI濾波器相比，有源EMI 濾波器不僅具有優(yōu)良的噪聲衰減特性，而且功能強大，有的還能實(shí)現熱插拔，可大大節省印制板（PCB）的空間，適用于電源及電子設備、醫療儀器等領(lǐng)域。

　　有源EMI 濾波器的典型產(chǎn)品有美國Vicor 公司生產(chǎn)的QPI（Quiet Power Input）系列，主要包括QPI－3L～QPI－6L，QPI－8L。QPI系列EMI 濾波器的產(chǎn)品分類(lèi)見(jiàn)表1。其中，QPI－8L 屬于帶熱插拔（Hot-swap）功能的有源EMI濾波器。

　　
       1.1 QPI－8L型有源EMI濾

　　QPI－8L符合直流48V或60V總線(xiàn)的要求，能對150 kHz～30MHz 的傳導噪聲（共模噪聲及差模噪聲）進(jìn)行衰減，在250 kHz 時(shí)的共模噪聲衰減能力大于40dB，差模噪聲衰減能力大于70 dB。它能在80V直流電壓下連續工作，并能承受100V直流浪涌電壓，其對地絕緣電壓為1500V，最大工作電流為6A，最大負載為200W。與無(wú)源EMI濾波器相比，共模噪聲衰減能力可提高20dB，差模噪聲衰減能力可提高10～30dB。具有浪涌電流限制及斷路、可編程欠電壓/過(guò)電壓保護、電源電壓正常指示等功能。默認的欠電壓閾值為34V（關(guān)斷時(shí)的滯后電壓為2V）；過(guò)電壓閾值為76V（關(guān)斷時(shí)的滯后電壓為4V）；利用外部分壓電阻還可改變欠電壓及過(guò)電壓的閾值。使用方便，具有熱插拔功能，允許帶電插入或拔下有源EMI 濾波器。滿(mǎn)載時(shí)的效率高于99%，特別適合濾除DC/DC 電源變換器的電磁干擾。利用廠(chǎng)家提供的QPI－EVAL1軟件，可以很方便地對安裝好的QPI－8L及終端設備進(jìn)行測試。

　　1.2 QPI－8L型有源EMI 濾波器的工作原理

　　QPI－8L 的內部框圖如圖1 所示。BUS＋、BUS－端分別接總線(xiàn)的正極、負極。SW端接受控于熱插拔功能的滿(mǎn)幅值負壓。SHIELD為屏蔽端，與負載的屏蔽端、Y 電容的公共端接在一起。QPI＋、QPI－分別接負載的正、負輸入端。PWRGD（Power good）為電源電壓正常指示的輸出端（集電極開(kāi)路輸出），當電源電壓不正常時(shí)該端輸出低電平。UVEN端、OV端各接1個(gè)電阻分壓器，分別設定欠電壓、過(guò)電壓閾值。主要包括以下5部分。

　　
       （1）熱插拔功能電路；

　?。?）EMI濾波器；

　?。?）供欠電壓檢測用的內部分壓電阻（R1、R2）；

　?。?）供過(guò)電壓檢測用的內部分壓電阻（R3、R4）；

　?。?）P溝道MOSFET。

　　當電源電壓不正常時(shí)MOSFET 關(guān)斷，可將負載斷開(kāi)，起到保護作用。

　　QPI－8L在0.01～30 MHz頻率范圍內對共模噪聲的最大衰減量約為70 dB，對差模噪聲的最大衰減量可達82 dB。這是無(wú)源EMI 濾波器難以達到的指標。QPI－8L型有源EMI濾波器與3 種無(wú)源EMI 濾波器產(chǎn)品對差模噪聲的插入損耗曲線(xiàn)圖如圖2 所示。圖2中，曲線(xiàn)a 代表QPI－8L，曲線(xiàn)b、c、d 分別代表3 種無(wú)源EMI 濾波器典型產(chǎn)品。顯然，QPI－8L 能在很寬的頻率范圍內抑制差模噪聲。

　　
       1.3 有源電磁干擾濾波器的典型應用

　　QPI－8L的典型接線(xiàn)圖如圖3 所示，將它插在總線(xiàn)電源與DC/DC電源轉換器之間。DC/DC 電源轉換器直接安裝在印制板上并加屏蔽罩。C2～C6為旁路電容，容量可選0.047μF。

    2 集成過(guò)電壓保護器件

　　2.1 NCP345型集成過(guò)電壓保護器的原理

　　NCP345 采用先進(jìn)的Bi-CMOS 制造工藝，可承受30V的瞬態(tài)電壓。它能在小于1μs的時(shí)間內迅速關(guān)斷P 溝道MOSFET，確保負載不受損壞。其關(guān)斷速度比低壓CMOS 監測電路要快得多，后者在同樣負載情況下只能承受12V的瞬態(tài)電壓，而關(guān)斷時(shí)間長(cháng)達200μs。適合接在A(yíng)C/DC電源適配器（或電池充電器）與負載之間，電池充電器可以是鋰離子（Li-Ion）電池充電器、鎳氫(NiMH）電池充電器。它具有過(guò)電壓斷電和欠電壓鎖定功能，能檢測出過(guò)電壓狀況并迅速切斷輸入電源，避免因過(guò)電壓或電源適配器出現故障而損壞電子設備。其額定過(guò)電壓閾值的典型值為6.85V。

　　NCP345的內部框圖如圖4 所示。主要包括輸入級電阻分壓器（R1、R2），電壓調節器，帶隙基準電壓源，欠電壓鎖定電路，具有滯后特性的控制邏輯，MOSFET 驅動(dòng)器。只要發(fā)生以下3 種情況之一，OUT端就輸出高電平將MOSFET關(guān)斷。

　　
    （1）UCC下降到欠電壓鎖定閾值電壓（2.8V）以下；

　?。?）IN端的輸入電壓高于過(guò)電壓閾值（6.85V）；

　?。?）CNTRL端輸入為高電平。

　　只要在IN 端與UCC端之間接上電阻分壓器，即可調節過(guò)電壓閾值UOV。由于IN 端的輸入電阻RIN為幾十kΩ，因此僅當R1、R2<