电源过压保护

电源过压保护非常有用 - 一些 PSU 故障可能会给设备带来破坏性的大电压。 过压保护可防止这种情况发生在线性稳压器和开关模式电源上。

尽管现代电源现在非常可靠，但它们发生故障的可能性总是很小但确实存在。

它们可能以多种方式发生故障，一个特别令人担忧的可能性是串联传输元件，即主传输晶体管或 FET 可能会发生故障，导致短路。 如果发生这种情况，通常被称为过电压的非常大的电压可能会出现在正在供电的电路上，从而对整个设备造成灾难性的损坏。

通过以过压保护的形式添加一点额外的保护电路，可以防止这种不太可能但灾难性的可能性。

大多数专为高价值设备非常可靠地运行而设计的电源将包含某种形式的过压保护，以确保任何电源故障都不会导致对供电设备的损坏。 这适用于线性电源和开关模式电源。

一些电源可能没有过压保护，这些不应该用于为昂贵的设备供电——可以做一点电子电路设计，开发一个小的过压保护电路，并将其作为额外的项目添加。

过压保护基础知识

电源发生故障的方式有很多种。 然而，要更多地了解过压保护和电路问题，很容易举一个使用非常简单的齐纳二极管和串联传输晶体管的线性稳压器的简单示例。

使用齐纳二极管和射极跟随器的基本系列稳压器

虽然更复杂的电源提供更好的性能，但它们也依赖串联晶体管来传递输出电流。 主要区别在于调节器电压施加到晶体管基极的方式。

通常，输入电压会在串联电压调节器元件上下降几伏。 这使得串联传输晶体管能够充分调节输出电压。 通常，串联传输晶体管上的电压降相对较高 - 对于 12 伏电源，输入可能是 18 伏甚至更高，以提供所需的调节和纹波抑制等。

这意味着稳压器元件中可能会散发大量热量，并与输入端可能出现的任何瞬态尖峰相结合，这意味着始终存在故障的可能性。

晶体管串联传输器件通常会在开路条件下失效，但在某些情况下，晶体管可能会在集电极和发射极之间产生短路。 如果发生这种情况，那么电压调节器的输出中将出现完全未调节的输入电压。

如果输出端出现全电压，则可能会损坏供电电路中的许多 IC。 在这种情况下，电路很可能无法进行经济修复。

开关稳压器的工作方式非常不同，但在某些情况下，全输出可能会出现在电源的输出上。

对于线性稳压电源和开关模式电源，总是建议采用某种形式的过压保护。

过电压保护类型

与许多电子技术一样，有几种方法可以实现特定功能。 这适用于过压保护。

有几种不同的技术可以使用，每一种都有自己的特点。 在确定在电子电路设计阶段使用哪种方法时，都需要权衡性能、成本、复杂性和操作模式。

• SCR Crowbar：顾名思义，如果遇到过压情况，Crowbar 电路会在电源输出端短路。 通常晶闸管，即 SCR 用于此目的，因为它们可以切换大电流并保持导通，直到任何电荷分散。 晶闸管可以连接回保险丝，该保险丝熔断并隔离稳压器，使其免受任何进一步的电压施加。

  晶闸管撬棒过压保护电路

  在该电路中，选择齐纳二极管使其电压高于输出的正常工作电压，但低于会发生损坏的电压。 在这种传导中，没有电流流过齐纳二极管，因为它的击穿电压尚未达到，没有电流流入晶闸管的栅极，它保持关闭状态。 电源将正常运行。

  如果电源中的串联导通晶体管发生故障，电压将开始上升 - 单元中的去耦将确保它不会立即上升。 随着它的上升，它将上升到齐纳二极管开始导通的点之上，电流将流入晶闸管的栅极，使其触发。

  当晶闸管触发时，它将使电源的输出短路到地，从而防止损坏其供电的电路。 这种短路也可用于熔断保险丝或其他元件，切断稳压器的电源并隔离装置免受进一步损坏。

  通常在晶闸管的栅极到地之间放置一些以小电容器形式的去耦，以防止来自电源单元的急剧瞬变或射频进入栅极连接并导致寄生触发。 然而，这不应该做得太大，因为它可能会在实际发生故障的情况下减慢电路触发，并且保护可能太慢。

  晶闸管撬棒过压保护注意事项：

  晶闸管或 SCR，可控硅整流器可用于在电源电路中提供过压保护。 通过检测高电压，电路可以触发晶闸管以在电压轨上放置短路或撬棒，以确保其不会升高到高电压。

  阅读更多关于 晶闸管撬棒过压保护电路。

• 电压钳位：另一种非常简单的过电压保护形式使用称为电压钳位的方法。 在最简单的形式中，它可以通过使用放置在稳压电源输出端的齐纳二极管来提供。 选择的齐纳二极管电压略高于最大轨电压，在正常情况下它不会导通。 如果电压升得太高，它将开始导通，将电压钳制在略高于轨电压的值。

  如果稳压电源需要更高的电流能力，则可以使用带有晶体管缓冲器的齐纳二极管。 这将增加简单齐纳二极管电路的电流容量，其系数等于晶体管的电流增益。 由于该电路需要功率晶体管，因此可能的电流增益水平将很低 - 可能为 20 - 50。

  齐纳二极管过压钳位
  (a) - 简单的齐纳二极管，(b) - 具有晶体管缓冲器的更高电流

• 电压限制：当开关模式电源需要过压保护时，由于功率耗散要求以及组件的可能尺寸和成本，SMPS、钳位和撬棒技术的使用不太广泛。

  幸运的是，大多数开关模式稳压器在低电压条件下都会失效。 然而，在过压情况下，设置电压限制功能通常是谨慎的。
  
  这通常可以通过检测过压情况并关闭转换器来实现。 这尤其适用于 DC-DC 转换器的情况。 在实现这一点时，有必要在主 IC 稳压器之外加入一个感测环路 - 许多开关模式稳压器和 DC-DC 转换器使用芯片来实现大部分电路。 使用外部检测回路非常重要，因为如果开关模式稳压器芯片损坏导致过压条件，检测机制也可能损坏。

  显然，这种形式的过压保护需要特定于特定电路和使用的开关模式电源芯片的电路。

这三种技术都被使用并且可以提供有效的电源过压保护。 每种都有自己的优点和缺点，需要根据给定的情况选择技术。

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