【非常经典】开关电源"各类保护电路"实例详解

保护电路

鉴(jian)于电(dian)源电(dian)路(lu)存在一些不稳定因(yin)素(su)，而设计(ji)用来防止(zhi)此类不稳定因(yin)素(su)影响电(dian)路(lu)效果的回路(lu)称作保(bao)护(hu)电(dian)路(lu)。比如有(you)过(guo)流保(bao)护(hu)、过(guo)压(ya)保(bao)护(hu)、过(guo)热(re)保(bao)护(hu)、空载保(bao)护(hu)、短路(lu)保(bao)护(hu)等。

保护电路的类型

电(dian)(dian)力电(dian)(dian)子开关器(qi)件(jian)在选(xuan)用(yong)时要留有一定的(de)裕度，确保(bao)(bao)器(qi)件(jian)的(de)安全可靠使用(yong)。同时还必须有保(bao)(bao)护(hu)(hu)(hu)电(dian)(dian)路，防止故障发生(sheng)造成器(qi)件(jian)损坏(huai)。保(bao)(bao)护(hu)(hu)(hu)电(dian)(dian)路主(zhu)要包括(kuo)过流保(bao)(bao)护(hu)(hu)(hu)，过压(ya)保(bao)(bao)护(hu)(hu)(hu)及(ji)过热(re)保(bao)(bao)护(hu)(hu)(hu)。

过流保护

过流(liu)保(bao)(bao)护通过在(zai)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)中串联快速(su)熔断器实现(xian)，适用于晶(jing)闸管和GTO，因为它们有较高(gao)的(de)浪涌(yong)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)承(cheng)受能力。对于MOSFET、GTR、IGBT，由于它们承(cheng)受过流(liu)能力很低，因而必须有专门(men)的(de)过流(liu)保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，并要(yao)求过流(liu)保(bao)(bao)护电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)在(zai)瞬间(jian)(jian)完成过流(liu)检测、信号传送，保(bao)(bao)护动作，在(zai)微秒级时(shi)间(jian)(jian)内(nei)将(jiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)限(xian)定在(zai)过载能力以(yi)内(nei)。目前(qian)常用的(de)方(fang)法有：监控法，霍耳电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)传感器保(bao)(bao)护法。

过压保护

多种(zhong)原因会(hui)导致电(dian)(dian)(dian)(dian)力电(dian)(dian)(dian)(dian)子电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)产(chan)生(sheng)过(guo)(guo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，如(ru)开关器件(jian)(jian)的(de)关断、电(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)开关的(de)合断等。由于(yu)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)中(zhong)的(de)寄生(sheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)感的(de)存(cun)在，各种(zhong)原因导致的(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流突变就(jiu)会(hui)产(chan)生(sheng)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)尖峰，从而造成过(guo)(guo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)。压(ya)(ya)敏(min)元件(jian)(jian)是(shi)实现过(guo)(guo)压(ya)(ya)保护(hu)的(de)主要(yao)方(fang)法，主要(yao)包括(kuo)压(ya)(ya)敏(min)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻和抗(kang)雷击瞬(shun)态电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)抑(yi)制器。当(dang)端(duan)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)超过(guo)(guo)某一值(zhi)时，压(ya)(ya)敏(min)电(dian)(dian)(dian)(dian)阻就(jiu)会(hui)急剧减小，从而将瞬(shun)态过(guo)(guo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)抑(yi)制。

过热保护(hu)

电(dian)力电(dian)子开关器件(jian)在(zai)工(gong)作时自身会(hui)消耗(hao)功率，如导通损耗(hao)、开关损耗(hao)等，这些(xie)损耗(hao)转换(huan)为热量(liang)，会(hui)使器件(jian)的(de)结温升高，导致器件(jian)工(gong)作不正常(chang)，甚至导致器件(jian)损坏。因此，在(zai)器件(jian)工(gong)作时，必(bi)须(xu)及时将(jiang)产(chan)生的(de)热量(liang)散发出(chu)去，保(bao)证(zheng)器件(jian)温度在(zai)一个合适(shi)的(de)范围内(nei)，这就(jiu)是散热设计(ji)的(de)主要(yao)内(nei)容，它是电(dian)力电(dian)子电(dian)路设计(ji)的(de)一个重要(yao)部(bu)分。

输入欠压保护电路
输入欠压保护电路一

1、概述（电路类别、实(shi)现主要功(gong)能描述）：

该电(dian)(dian)路属于输(shu)(shu)入(ru)欠压电(dian)(dian)路，当(dang)输(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)压低于保护(hu)电(dian)(dian)压时拉低控制芯片的(de)供电(dian)(dian)Vcc，从而关闭输(shu)(shu)出。

2、电路组成（原理图）：

3、工作原(yuan)理(li)分析(xi)(主要功能、性能指标(biao)及实(shi)现原(yuan)理(li)):

当(dang)(dang)电(dian)(dian)源输入电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)低(di)于(yu)欠压(ya)(ya)(ya)保(bao)护设(she)定点(dian)(dian)时(shi)(shi)，A点(dian)(dian)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)高于(yu)U4的(de)(de)(de)Vref，U4导通，B点(dian)(dian)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)为低(di)电(dian)(dian)平(ping)，Q4导通，Vcc供电(dian)(dian)正常；当(dang)(dang)输入电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)低(di)于(yu)保(bao)护电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)时(shi)(shi)，A点(dian)(dian)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)低(di)于(yu)U4的(de)(de)(de)Vref，U4截(jie)止，B点(dian)(dian)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)为高电(dian)(dian)平(ping)，Q4截(jie)止，从而(er)Vcc没有电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，此时(shi)(shi)Vref也为低(di)电(dian)(dian)平(ping)，当(dang)(dang)输入电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)逐渐升高时(shi)(shi)，A点(dian)(dian)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)也逐渐升高，当(dang)(dang)高于(yu)U4的(de)(de)(de)Vref，模块又正常工作。R4可以设(she)定欠压(ya)(ya)(ya)保(bao)护点(dian)(dian)的(de)(de)(de)回(hui)差。

4、电路的优缺点(dian)

该电(dian)路(lu)(lu)的优(you)点：电(dian)路(lu)(lu)简单，保护(hu)点精确

缺(que)点：成(cheng)本(ben)较(jiao)高(gao)。

5、应用的注意事项：

使用时(shi)注(zhu)(zhu)意(yi)R1，R2的取值，有时(shi)候需要(yao)两个电阻并联(lian)才能得到需要(yao)的保(bao)护点(dian)。还(hai)需要(yao)注(zhu)(zhu)意(yi)R1，R2的温(wen)度系数，否则高(gao)低温(wen)时(shi)，欠压(ya)保(bao)护点(dian)相差(cha)较大。

输入欠压保护电路二

1、概述（电路类(lei)别、实现主要功能描(miao)述）：

输(shu)入欠(qian)压保护电路。当(dang)输(shu)入电压低(di)于设(she)定(ding)(ding)欠(qian)压值时，关闭(bi)输(shu)出；当(dang)输(shu)入电压升高到设(she)定(ding)(ding)恢复值时，输(shu)出自动恢复正常(chang)。

2、电路组成（原理(li)图）：

3、工作原理分析(主(zhu)要功能、性能指标及实现原理):

输入电压在正常工作范围内时， Va大于VD4的稳压值，VT4导通，Vb为0电位，VT5截止， 此时保护电路不起作用；当输入电压低于设定欠压值时，Va小于VD4的稳压值，VT4截止，Vb为高电位，VT5导通，将COMP（芯片的1脚）拉到0电位，芯片关闭输出，从而实现了欠压保护功能。    R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通，将R21与R2并联，恢复时，VT6截止，回差电压即为(Vin’-Vin)。

4、电(dian)路的(de)优缺点

优(you)点(dian)：电路形式简单，成本较低(di)。

缺(que)点：因稳(wen)压(ya)管VD4批(pi)次间稳(wen)压(ya)值(zhi)的差异，导(dao)致欠(qian)压(ya)保(bao)护点上(shang)下浮动，大批(pi)量生(sheng)产时需经(jing)常(chang)调试相关(guan)参数。

5、应用的注意事项：

VD4应(ying)该选温度(du)系(xi)数较(jiao)好的稳压管，需调试的元件如R2应(ying)考虑多个并联以方便调试。

输出过压保护电路
输出过压保护电路一

1、概(gai)述（电(dian)路类(lei)别、实(shi)现主(zhu)要功(gong)能(neng)描述）：

输(shu)出(chu)过压(ya)(ya)保护电(dian)路。当有高(gao)于正常输(shu)出(chu)电(dian)压(ya)(ya)范围(wei)的外加电(dian)压(ya)(ya)加到输(shu)出(chu)端或(huo)电(dian)路本身故障（开环或(huo)其他）导致(zhi)输(shu)出(chu)电(dian)压(ya)(ya)高(gao)于稳压(ya)(ya)值时(shi)，此(ci)电(dian)路会将输(shu)出(chu)电(dian)压(ya)(ya)钳位(wei)在(zai)设定值。

2、电路组成（原理图）：

3、工(gong)作原(yuan)(yuan)理(li)(li)分(fen)析(主要功能(neng)(neng)、性能(neng)(neng)指标及实(shi)现原(yuan)(yuan)理(li)(li)):

输出过压(ya)时(shi)(shi)，加在VD3上的电(dian)压(ya)大于其稳压(ya)值时(shi)(shi)，VD3导通，输出电(dian)压(ya)被钳(qian)位，同时(shi)(shi)通过IC4向原(yuan)边反(fan)馈(kui)。

4、电路的优缺点

优点：电(dian)路形式(shi)简单(dan)，成本(ben)较低。

缺点(dian)：因稳压(ya)管(guan)VD3批次间稳压(ya)值的(de)差异，导致过压(ya)钳位点(dian)上下(xia)浮动，大(da)批量(liang)生产时需经常调试相(xiang)关参(can)数。

5、应用的(de)注(zhu)意事项(xiang)：

VD3应该选温度(du)系数较(jiao)好的稳压管，需调(diao)(diao)试(shi)的元件(jian)如R32应考虑多个(ge)并联(lian)以方便调(diao)(diao)试(shi)。

当(dang)过压(ya)保(bao)(bao)护电(dian)(dian)路(lu)(lu)起(qi)作用时，电(dian)(dian)路(lu)(lu)处于(yu)非正常工(gong)作状(zhuang)态。对于(yu)有输出电(dian)(dian)压(ya)上(shang)下调(diao)功能的电(dian)(dian)路(lu)(lu)，过压(ya)保(bao)(bao)护点应大于(yu)输出电(dian)(dian)压(ya)上(shang)调(diao)最大值。

输出过压保护电路二

1、概述（电(dian)路(lu)类别、实现主要功能(neng)描述）：

输出(chu)(chu)过(guo)压(ya)(ya)保护电(dian)(dian)路(lu)。当有(you)高(gao)于正常(chang)输出(chu)(chu)电(dian)(dian)压(ya)(ya)范围的外加电(dian)(dian)压(ya)(ya)加到输出(chu)(chu)端或电(dian)(dian)路(lu)本身故障（开环或其(qi)他）导(dao)致(zhi)输出(chu)(chu)电(dian)(dian)压(ya)(ya)高(gao)于正常(chang)值时，此电(dian)(dian)路(lu)会将输出(chu)(chu)电(dian)(dian)压(ya)(ya)稳定(ding)在设(she)定(ding)值。

2、电路组(zu)成（原理图）：

3、工(gong)作(zuo)原理(li)分析(xi)(主要功能(neng)、性能(neng)指标及实现原理(li)):

输出(chu)过(guo)压时，Va>Vref，IC3导通(tong)，通(tong)过(guo)IC4向原边反馈(kui),输出(chu)电压稳定在设定的过(guo)压保护值。

4、电路的优缺点

优点(dian)：输出过压保护值(zhi)可以精确设置。

缺点(dian)：相对稳压(ya)管钳(qian)位方(fang)式成本稍高一些(xie)。

5、应用的注意事项：

当过(guo)压(ya)(ya)保护(hu)电(dian)路(lu)(lu)起作用时，电(dian)路(lu)(lu)处(chu)于(yu)非(fei)正常工作状态(tai)。对于(yu)有输出电(dian)压(ya)(ya)上(shang)(shang)下调(diao)功能的电(dian)路(lu)(lu)，过(guo)压(ya)(ya)保护(hu)点应大(da)于(yu)输出电(dian)压(ya)(ya)上(shang)(shang)调(diao)最大(da)值。

过压保护自锁控制电路

1、概(gai)述（电路类别、实现(xian)主要功能描(miao)述）：

在(zai)电源(yuan)系统中(zhong)，当反馈(kui)回路失效(xiao)时，输(shu)出(chu)电压不受(shou)控，电压升高(gao)超出(chu)规定范(fan)围(wei)，此时过(guo)高(gao)的输(shu)出(chu)电压有可能造成(cheng)后(hou)续电器设备的损坏。为解(jie)决这(zhei)问题，通(tong)常在(zai)电源(yuan)中(zhong)增加(jia)过(guo)压保护电路。过(guo)压保护的方式一般有三种(zhong)。

A、钳位型：当(dang)反馈失效时，通过(guo)过(guo)压(ya)钳位电(dian)路(lu)将输出电(dian)压(ya)钳位在一个定值。

B、间歇保(bao)护(hu)型：当(dang)反馈(kui)失(shi)效时，通过保(bao)护(hu)电路使输出电压(ya)来(lai)回重启，输出电压(ya)的最高点(dian)为过压(ya)保(bao)护(hu)点(dian)。

C、自锁型：当输(shu)出(chu)电压达到(dao)过压保护(hu)点时，电路动作，关闭PWM使模(mo)块无输(shu)出(chu)。在(zai)排除(chu)故障后再重(zhong)启电源输(shu)出(chu)才正(zheng)常供电。下述(shu)电路为自锁型控制电路。

2、电路组成（原理图）：

3、工作原理(li)分析(xi)(主要功(gong)能、性能指标及实现原理(li)):

上图中(zhong)为隔离的(de)(de)自锁型控(kong)制(zhi)电路。当过压保护信号CONTROL端给(ji)出一个(ge)高(gao)电平(ping)时(shi)，U1中(zhong)的(de)(de)三极(ji)(ji)管导(dao)通(tong)，VCC为整个(ge)电路的(de)(de)供电端。Vcc经(jing)R5给(ji)Q2一个(ge)基极(ji)(ji)电流(liu)，Q1导(dao)通(tong)并进入饱和状(zhuang)态(tai)，SHUT端被Q2拉至低电平(ping)，PWM关(guan)闭(bi)电源无输(shu)出。Q2同时(shi)控(kong)制(zhi)Q1的(de)(de)导(dao)通(tong)。当 Q2导(dao)通(tong)时(shi)，Q1的(de)(de)基极(ji)(ji)电流(liu)经(jing)R2到(dao)地，Q1导(dao)通(tong)，经(jing)R3再(zai)提供一个(ge)基极(ji)(ji)电流(liu)给(ji)Q2，维(wei)持Q2的(de)(de)导(dao)通(tong)。Q1及R1、R2、R3构成(cheng)了Q2的(de)(de)正反馈(kui)电路。

4、电(dian)路的优(you)缺点

优点：可(ke)有效的进行(xing)自(zi)锁保护，整个(ge)电路等效于一(yi)个(ge)可(ke)控硅。

缺点：整个(ge)电(dian)路需要一个(ge)固(gu)定的(de)Vcc。当PWM电(dian)源端无供(gong)电(dian)时，也需保证(zheng)上图(tu)中VCC电(dian)压的(de)存(cun)在。

5、应(ying)用的注意事(shi)项：

1． 此(ci)电路要(yao)有(you)(you)持(chi)续(xu)的供电自(zi)锁(suo)才有(you)(you)效(xiao)。

2． 此电路不(bu)宜(yi)使用在无人(ren)值守的电源(yuan)系统(tong)里。

过温保护电路

1、概述（电路(lu)类别、实现(xian)主要功能描述）：

该电路属(shu)于过(guo)温(wen)保(bao)护(hu)电路，但温(wen)度(du)高于设定的(de)保(bao)护(hu)点时，关闭模块(kuai)输出，当温(wen)度(du)恢复后自动开启模块(kuai)。

2、电路组成（原理(li)图）：

3、工作原理分析(主要功能(neng)、性能(neng)指标及实现原理):

稳压管给U103MAX6501提(ti)供5V电压，温(wen)度正常时，U103的(de)(de)(de)五脚输(shu)出(chu)高(gao)(gao)电平，当温(wen)度超过保护点(dian)时U103的(de)(de)(de)五脚输(shu)出(chu)低电平，当温(wen)度恢(hui)复后，U103的(de)(de)(de)五脚输(shu)出(chu)高(gao)(gao)电平。

4、电(dian)路的优缺点

该电(dian)路的(de)优点：电(dian)路简单(dan)，精确度高。

缺(que)点：成本较(jiao)高。

5、应用的注(zhu)意(yi)事(shi)项(xiang)：

5.1  MAX6501的(de)3脚和1脚相连(lian)时，回(hui)差(cha)温(wen)度是10℃，当(dang)其3脚和地相连(lian)时，回(hui)差(cha)温(wen)度是2℃。

5.2  MAX6501的供电电压不(bu)能超过7V，否则(ze)会损坏。

5.3  MAX6501一定要放置在最(zui)热(re)部分的(de)附(fu)近。

过温保护电路-热敏电阻

1、概述（电路类别、实现主要功能描述）：

本(ben)电(dian)路采用热(re)敏电(dian)阻(zu)检测基板(ban)温度(du)，热(re)敏电(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)随基板(ban)温度(du)变化(hua)而变化(hua)， 热(re)敏电(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)的变化(hua)导致(zhi)运放(fang)输(shu)入电(dian)压(ya)变化(hua)，从而实现运放(fang)的翻转控制PWM芯(xin)片(pian)的输(shu)出(chu)，进(jin)而将模块(kuai)关闭。

2、电路组(zu)成（原理图）：

3、工作原理分(fen)析(主要功(gong)能、性能指标(biao)及实现(xian)原理，关键参(can)数计算分(fen)析)：

R99热(re)(re)敏(min)电阻(zu)是负温度系数热(re)(re)敏(min)电阻(zu)，常温时，R99=100k，R99与R94的(de)分压0.45V为U2运(yun)(yun)(yun)放的(de)负输(shu)入，远低于(yu)运(yun)(yun)(yun)放的(de)正(zheng)输(shu)入2.5V（R23与R97分压），因(yin)此(ci)运(yun)(yun)(yun)放的(de)输(shu)出是高电平，对LM5025的(de)SS端无影响，模块正(zheng)常工(gong)作。

随着基板温度升高，R99电阻阻值(zhi)(zhi)减小(xiao)，当减小(xiao)到一定(ding)值(zhi)(zhi)时(shi)，使得运放的负输入(ru)大于正输入(ru)时(shi)，运放输出低电平，将(jiang)LM5025的SS拉低，从而关闭模块输出；温度保护点(dian)可以适当调(diao)整R94，R23，R97的阻值(zhi)(zhi)而相(xiang)应地调(diao)整。

模(mo)块(kuai)关闭输出后（过温保(bao)护），基(ji)板(ban)温度(du)会(hui)降低(di)(di)，R99阻值会(hui)增大(da)，运放(fang)(fang)的(de)负(fu)输入会(hui)降低(di)(di)，为使运放(fang)(fang)的(de)正(zheng)常翻转，引入电阻R98，原理是运放(fang)(fang)输出低(di)(di)后，R98相当(dang)于与R97并联，将(jiang)运放(fang)(fang)的(de)基(ji)准变低(di)(di)，拉(la)开(kai)运放(fang)(fang)正(zheng)负(fu)输入的(de)电压间距，从而实现温度(du)回差。比如基(ji)板(ban)温度(du)90℃时(shi)保(bao)护，80℃时(shi)开(kai)启。

4、关键参数计算分析

4.1  运放正输入电压：VR97=Vref2=5/（1+R23/R97）=5/（1+10/10）=2.5V

4.2  运(yun)放负输入电压VR94+0.007=VR97=5*R94/(R99+R94）+0.007,

4.3  得出温度(du)保护时热敏电阻(zu)的阻(zu)值(zhi)：R99（t）=（Vref*R24/（Vref*R97/（R23+R97）-0.007））-R94

4.4  考虑容差时(shi)的计算(suan)见下表：

温度(du)回差=82.6-77.3=5.3℃

5、电(dian)路的(de)优缺点

优点(dian):   温(wen)度保护点(dian)及温(wen)度回差(cha)很容进(jin)行(xing)调整

缺点： 温度准确度偏低(di)

电路比采(cai)用温度(du)开关略(lve)复杂

温(wen)度(du)保(bao)(bao)(bao)(bao)护时反映的(de)是热敏电阻(zu)附(fu)近的(de)基板(ban)温(wen)度(du)，不(bu)能(neng)反映模块(kuai)的(de)最高器件(jian)的(de)温(wen)度(du)，不(bu)过这可以在设(she)计时解决，比如基板(ban)温(wen)度(du)在90℃保(bao)(bao)(bao)(bao)护，实(shi)际板(ban)上器件(jian)最高温(wen)度(du)已(yi)达130℃，就可以适当调整(zheng)温(wen)度(du)保(bao)(bao)(bao)(bao)护点，从而起到(dao)保(bao)(bao)(bao)(bao)护作用。

6、应(ying)用的注(zhu)意事项

尽量将热敏电阻放置在发热器件附近。

联系(xi)方式：邹先生

联(lian)系电(dian)话：0755-83888366-8022

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