五種常見的過壓保護電路

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直接來源 |?張飛電子

開關電源在實際應用過程中可能會面臨輸出電壓過高或過低的異常狀況：由于開關電源具有一定的額定電壓值，若超出此設定數值范圍，則有可能導致輸出電容耐壓能力無法承受負荷，引發電源發熱、短路甚至起火等嚴重后果。為了有效預防此類問題，我們精心設計了多種形式的保護電路。當控制電路失效或其他故障導致電壓異常上升時，關閉電源的輸出，從而對負載進行有效保護，提升整體系統的穩定性與可靠性。

下面介紹幾種目前常見的過壓保護電路原理及優勢分析：

通過穩壓管以及光耦的搭配，靠光耦的導通來控制原邊控制IC停止工作，實現過壓保護；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，該電路會將電壓鉗位在設定值。

圖1

工作原理：

當輸出過壓時，加在D730上的電壓大于其穩定值時，D730將導通，輸出電壓會被鉗位，同時過壓信號會通過OC730向原邊反饋，使得原邊控制IC用于過壓保護的引腳拉低或致高（如圖：拉低SNSBOOST引腳）從而停止工作。

在第一個電路的基礎上進行的一系列改動，去掉原有的穩壓二極管，采用TL431來檢測輸出電壓的電路，提高了采樣精度；

圖2

工作原理：

過壓時，輸出電壓通過電阻R730與R731//R732的分壓，使得VA＞Vref，U730將導通，同時過壓信號會通過OC730向原邊反饋，使得原邊控制IC用于過壓保護的引腳拉低或致高（如圖：拉低SNSBOOST引腳）從而停止工作。

對比1、2兩個方案都存在一個光耦，這是因為電源需要做隔離，但其實光耦的價格本身就不算便宜，因此我們思考能否在去掉光耦的同時可以檢測輸出電壓，而需要隔離且不需要用到光耦，自然而然的就會想到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格更便宜的原則，因此需要在不增加其他器件的基礎上實現過壓保護。

而隔離電源都存在一個隔離變壓器，這是每個開關電源都會有的，因此，可以利用該變壓器來實現原副邊隔離，因為開關電源原邊都存在VCC繞組，因此我們可以利用VCC繞組實現輸出過壓保護，第三種保護電路應運而生。

該方案采用原邊輔助繞組VCC，通過耦合副邊輸出電壓，輸出電壓升高導致VCC電壓升高從而實現輸出過壓保護的作用；

圖3

工作原理：

過壓時，輸出電壓Vo2升高時，輔助繞組電壓PAUX電壓升高，通過上下拉電阻R812與R813//R814的分壓提供給IC的DEM引腳，當DEM引腳電壓超過OVP電壓閥值時，IC將進入輸出電壓過壓保護狀態，IC停止工作。

電路優缺點

優點：成本相比較更低

缺點：受變壓器耦合度影響較大精度以及一致性不好

總結：因此在采用該方案時，一般都是過壓保護的電壓范圍較寬。

與前兩種方案相比：方案一、二都可以在自身反饋環路出問題以及輸出電壓被外部電壓強制提高時起作用。但是，方案三只針對與電源自身反饋出問題時才起作用。

然而，當輸出電壓僅受到外部電壓強行提升而引發異常狀況時，同樣存在以下兩種切實可行的解決策略：

在輸出端增加一個鉗位二極管，原理如圖4所示：

圖4

工作原理：

當輸出端反灌電壓進入開關電源時，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，同時缺點相較為明顯，穩壓管電壓鉗位時間較短，時間過長容易損壞。

電路優缺點：

優點：成本更低

缺點：電壓鉗位時間較短

針對輸出端電壓反灌時間較長的問題，我們可以考慮實施輸出端串聯二極管的策略，如此一來，反灌電壓將被隔離在電源外部，僅能由電源輸出，而非外界電壓的引入。然而，這種方法存在一些潛在的問題，因為二極管存在導通壓降，當電路較大時，二極管將會產生極大的熱耗，從而增加了電源的損耗。此外，由于導通壓降的影響，輸出電壓的精確度也可能受到影響。具體原理如圖5所示：

圖5

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品。

小結

通過嚴謹地研究并分析上述五類主流電路的基本原理及各種優點和缺陷，我們可以發現，方案四與方案五僅適用于外部輸入電壓形式的過壓防護，并不適合多種復雜的應用場景，此外，方案一與方案三的精度問題也相當顯著。相對而言，在方案二中，僅因光耦和431的額外成本增加，在中大型功率產品中的影響并不顯著，生產商和消費者更關注的焦點是產品的穩定性能和安全性。

來源：金升陽 https://www.mornsun.cn/

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