你的电源有正确保护吗?
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设计人员知道,电源除了能够提供稳定的直流(或交流)电压之外,还有更多的功能,尽管负载和线路发生变化、系统瞬态、噪声和其他异常。电源必须保护自己免受可能导致负载损坏的临时和永久性故障(内部或外部)。
保护有很多方面,许多用品结合使用它们:
· 过载(过流/短路)保护,包括经典熔断器(熔断器),在负载路径短路或开始消耗过多电流时保护电源。许多电源“自我限制”,因为它们只能提供一定数量的电流,因此不需要保险丝 - 某些监管情况需要它。需要手动更换“熔断”(开路)并停止电流流动的标准保险丝;这在某些情况下是个问题,但对其他人来说是个美德。还有电子保险丝,可以自动自复位。
· 电流限制和电流折返是过载保护的延伸。如果负载从电源汲取的电流超过设计限制,则电流折返将输出电流和相关电压降低到低于正常工作限制的值。在极端情况下,如果负载发生短路,电流会被限制在最大值的一小部分,而输出电压显然会变为零。
· 欠压锁定 (UVLO)可确保 DC/DC 转换器在其输入端看到的输入电压过低时不会尝试运行。为什么这会是个问题?首先,如果直流电压过低,电源输出可能不确定,这会导致系统问题。其次,即使电压很低,它也可以防止“吸血鬼”从电源中汲取能量;这可能会耗尽系统正在尝试充电的电池。UVLO 还有助于上电排序(如果有)正常运行。第三,如果 DC/DC 转换器在其自身的输入太低而无法正常工作时尝试转动,则可能会损坏 DC/DC 转换器本身。
· 如果电源内部故障导致其输出电压上升到超过规定的最大值并可能损坏负载,则过压保护 (OVP)将启动。当电压超过预设水平时,OVP 会关闭电源或钳位输出。OVP 电路通常被称为“crowbar”,大概是因为它与在电源输出上放置金属 crowbar 具有相同的效果。设计合理的撬棍功能独立于电源本身。
一种撬棍只有在断电时才会复位(一旦跳闸);在另一种类型中,一旦清除了输出电压故障,它将自行复位。当使撬棍跳闸的情况是暂时的而不是电源中的硬故障时,后一种方法很有用。虽然现在大多数电源都带有内置的撬棒,但许多供应商提供了一个小的独立撬棒电路,如果需要,可以将其添加到现有电源中。
· 如果电源的冷却方式设计不当或使用失败(例如风扇停止、气流受阻),则会发生热过载。然后电源可能会超过其额定温度,这会严重缩短其寿命,甚至可能导致立即故障。解决方案很简单:电源内部或附近的温度感应电路,如果超过预设限制,则将电源置于静态或关断模式。如果温度下降,一些热熔断器会自动允许电源恢复运行,而另一些则不会。
· 如果负载反向连接,反向连接保护会阻止电流流动并将电压归零——正电源输出到负负载轨,反之亦然。它在电池断开然后重新连接的应用中特别受欢迎,例如在汽车中或电池或其连接器没有键控的情况下。
有用的保护器件包括金属氧化物压敏电阻 (MOV)、正温度系数 (PTC) 热敏电阻、瞬态电压抑制 (TVS) 二极管、气体放电管 (GDT) 和聚合物 PTC 自恢复保险丝。
保护什么、防范什么以及如何做的整个问题并不像看起来那么简单。我们需要将哪些类型的保护类型添加到我们的供应中?与往常一样,答案是“视情况而定”——取决于电源本身、负载和系统。虽然从 IC(包括转换器和稳压器)到更大的模块甚至机箱/开放式框架单元的许多电源和相关功能都包含其中一些,但我们可能需要添加其他功能。
我们首选的电源保护是什么?我们为供应添加了哪些类型的保护,无论是因为良好的工程判断,还是因为我们学到了艰难的方法?