開關電源各類保護電路實例分析

“在電源系統(tǒng)中，當反饋回路失效時，輸出電壓不受控，電壓升高超出規(guī)定范圍，此時過高的輸出電壓有可能造成后續(xù)電器設備的損壞。為解決這問題，通常在電源中增加過壓保護電路。過壓保護的方式一般有三種。

輸入欠壓保護電路一

01 概述

該電路屬于輸入欠壓電路，當輸入電壓低于保護電壓時拉低控制芯片的供電Vcc，從而關閉輸出。

02 電路組成(原理圖)

當電源輸入電壓高于欠壓保護設定點時，A點電壓高于U4的Vref，U4導通，B點電壓為低電平，Q4導通，Vcc供電正常;當輸入電壓低于保護電壓時，A點電壓低于U4的Vref，U4截止，B點電壓為高電平，Q4截止，從而Vcc沒有電壓，此時Vref也為低電平，當輸入電壓逐漸升高時，A點電壓也逐漸升高，當高于U4的Vref，模塊又正常工作。R4可以設定欠壓保護點的回差。

04 電路的優(yōu)缺點

優(yōu)點：電路簡單，保護點精確

缺點：成本較高。

05 應用的注意事項

使用時注意R1，R2的取值，有時候需要兩個電阻并聯(lián)才能得到需要的保護點。還需要注意R1，R2的溫度系數(shù)，否則高低溫時，欠壓保護點相差較大。

輸入欠壓保護電路二

01 概述

輸入欠壓保護電路。當輸入電壓低于設定欠壓值時，關閉輸出;當輸入電壓升高到設定恢復值時，輸出自動恢復正常。

02 電路組成(原理圖)

03 工作原理分析

輸入電壓在正常工作范圍內(nèi)時， Va大于VD4的穩(wěn)壓值，VT4導通，Vb為0電位，VT5截止，此時保護電路不起作用;當輸入電壓低于設定欠壓值時，Va小于VD4的穩(wěn)壓值，VT4截止，Vb為高電位，VT5導通，將COMP(芯片的1腳)拉到0電位，芯片關閉輸出，從而實現(xiàn)了欠壓保護功能。 R21、VT6、R23組成欠壓關斷、恢復時的回差電路。當欠壓關斷時,VT6導通，將R21與R2并聯(lián)，

;恢復時，VT6截止，

，回差電壓即為(Vin’-Vin)。

04 電路的優(yōu)缺點

優(yōu)點：電路形式簡單，成本較低。

缺點：因穩(wěn)壓管VD4批次間穩(wěn)壓值的差異，導致欠壓保護點上下浮動，大批量生產(chǎn)時需經(jīng)常調(diào)試相關參數(shù)。

05 應用的注意事項

VD4應該選溫度系數(shù)較好的穩(wěn)壓管，需調(diào)試的元件如R2應考慮多個并聯(lián)以方便調(diào)試。

輸入過壓保護電路一

01 概述

輸出過壓保護電路。當有高于正常輸出電壓范圍的外加電壓加到輸出端或電路本身故障(開環(huán)或其他)導致輸出電壓高于穩(wěn)壓值時，此電路會將輸出電壓鉗位在設定值。

02 電路組成(原理圖)

03 工作原理分析

輸出過壓時，加在VD3上的電壓大于其穩(wěn)壓值時，VD3導通，輸出電壓被鉗位，同時通過IC4向原邊反饋。

04 電路的優(yōu)缺點

優(yōu)點：電路形式簡單，成本較低。

缺點：因穩(wěn)壓管VD3批次間穩(wěn)壓值的差異，導致過壓鉗位點上下浮動，大批量生產(chǎn)時需經(jīng)常調(diào)試相關參數(shù)。

05 應用的注意事項

VD3應該選溫度系數(shù)較好的穩(wěn)壓管，需調(diào)試的元件如R32應考慮多個并聯(lián)以方便調(diào)試。

當過壓保護電路起作用時，電路處于非正常工作狀態(tài)。對于有輸出電壓上下調(diào)功能的電路，過壓保護點應大于輸出電壓上調(diào)最大值。

輸入過壓保護電路二

01 概述

輸出過壓保護電路。當有高于正常輸出電壓范圍的外加電壓加到輸出端或電路本身故障(開環(huán)或其他)導致輸出電壓高于正常值時，此電路會將輸出電壓穩(wěn)定在設定值。

02 電路組成(原理圖)

03 工作原理分析

輸出過壓時，Va>Vref，IC3導通，通過IC4向原邊反饋,輸出電壓穩(wěn)定在設定的過壓保護值。

04 電路的優(yōu)缺點

優(yōu)點：輸出過壓保護值可以精確設置。

缺點：相對穩(wěn)壓管鉗位方式成本稍高一些。

05 應用的注意事項

當過壓保護電路起作用時，電路處于非正常工作狀態(tài)。對于有輸出電壓上下調(diào)功能的電路，過壓保護點應大于輸出電壓上調(diào)最大值。

過壓保護自鎖控制電路

01 概述

在電源系統(tǒng)中，當反饋回路失效時，輸出電壓不受控，電壓升高超出規(guī)定范圍，此時過高的輸出電壓有可能造成后續(xù)電器設備的損壞。為解決這問題，通常在電源中增加過壓保護電路。過壓保護的方式一般有三種。

A、鉗位型：當反饋失效時，通過過壓鉗位電路將輸出電壓鉗位在一個定值。

B、間歇保護型：當反饋失效時，通過保護電路使輸出電壓來回重啟，輸出電壓的最高點為過壓保護點。

C、自鎖型：當輸出電壓達到過壓保護點時，電路動作，關閉PWM使模塊無輸出。在排除故障后再重啟電源輸出才正常供電。下述電路為自鎖型控制電路。

02 電路組成(原理圖)

03 工作原理分析

上圖中為隔離的自鎖型控制電路。當過壓保護信號CONTROL端給出一個高電平時，U1中的三極管導通，VCC為整個電路的供電端。Vcc經(jīng)R5給Q2一個基極電流，Q1導通并進入飽和狀態(tài)，SHUT端被Q2拉至低電平，PWM關閉電源無輸出。Q2同時控制Q1的導通。當 Q2導通時，Q1的基極電流經(jīng)R2到地，Q1導通，經(jīng)R3再提供一個基極電流給Q2，維持Q2的導通。Q1及R1、R2、R3構成了Q2的正反饋電路。

04 電路的優(yōu)缺點

優(yōu)點：可有效的進行自鎖保護，整個電路等效于一個可控硅。

缺點：整個電路需要一個固定的Vcc。當PWM電源端無供電時，也需保證上圖中VCC電壓的存在。

05 應用的注意事項

1.此電路要有持續(xù)的供電自鎖才有效。

2.此電路不宜使用在無人值守的電源系統(tǒng)里。

過溫保護電路

01 概述

該電路屬于過溫保護電路，但溫度高于設定的保護點時，關閉模塊輸出，當溫度恢復后自動開啟模塊。

02 電路組成(原理圖)

03 工作原理分析

穩(wěn)壓管給U103MAX6501提供5V電壓，溫度正常時，U103的五腳輸出高電平，當溫度超過保護點時U103的五腳輸出低電平，當溫度恢復后，U103的五腳輸出高電平。

04 電路的優(yōu)缺點

優(yōu)點：電路簡單，精確度高。

缺點：成本較高。

05 應用的注意事項

1. MAX6501的3腳和1腳相連時，回差溫度是10℃，當其3腳和地相連時，回差溫度是2℃。

2. MAX6501的供電電壓不能超過7V，否則會損壞。

3. MAX6501一定要放置在最熱部分的附近。

過溫保護電路-熱敏電阻

01 概述

本電路采用熱敏電阻檢測基板溫度，熱敏電阻阻值隨基板溫度變化而變化，熱敏電阻阻值的變化導致運放輸入電壓變化，從而實現(xiàn)運放的翻轉(zhuǎn)控制PWM芯片的輸出，進而將模塊關閉。

02 電路組成(原理圖)

03 工作原理分析

R99熱敏電阻是負溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫時，R99=100k，R99與R94的分壓0.45V為U2運放的負輸入，遠低于運放的正輸入2.5V(R23與R97分壓)，因此運放的輸出是高電平，對LM5025的SS端無影響，模塊正常工作。

隨著基板溫度升高，R99電阻阻值減小，當減小到一定值時，使得運放的負輸入大于正輸入時，運放輸出低電平，將LM5025的SS拉低，從而關閉模塊輸出;溫度保護點可以適當調(diào)整R94，R23，R97的阻值而相應地調(diào)整。

模塊關閉輸出后(過溫保護)，基板溫度會降低，R99阻值會增大，運放的負輸入會降低，為使運放的正常翻轉(zhuǎn)，引入電阻R98，原理是運放輸出低后，R98相當于與R97并聯(lián)，將運放的基準變低，拉開運放正負輸入的電壓間距，從而實現(xiàn)溫度回差。比如基板溫度90℃時保護，80℃時開啟。

04 關鍵參數(shù)計算分析

1. 運放正輸入電壓：VR97=Vref2=5/(1+R23/R97)=5/(1+10/10)=2.5V

2. 運放負輸入電壓：VR94+0.007=VR97=5*R94/(R99+R94)+0.007,

3. 得出溫度保護時熱敏電阻的阻值：R99(t)=(Vref*R24/(Vref*R97/(R23+R97)-0.007))-R94

4. 考慮容差時的計算見下表：