电源自保护基础

AC/DC 和 DC/DC 电源在常规操作中通常相对坚固。尽管如此，这些单元中的大多数都内置了一些保护功能，以确保它们在发生故障或不符合规范的操作模式时不会“自毁”或损坏相关电路——主要是它们的负载。

（注意：严格来说，电源要么是 AC/DC 单元，要么是 DC/DC 单元，但后者也被称为转换器或稳压器。然而，与这些术语相关的用法通常很草率，尤其是在随意的谈话中.)

保护电源和负载不需要保险丝吗？

是和不是。如果负载路径短路或开始吸收过多电流，保险丝会保护电源。可能不需要保险丝，因为许多电源“自我限制”，因为它们只能提供一定量的电流。断开的保险丝需要手动更换，这在许多应用中是一个问题（但在其他应用中是优点）。另外，除了输出电流过大之外，保险丝无法防止其他类型的故障或误操作。

什么是欠压锁定 (UVLO)？

UVLO 确保 DC/DC 转换器在它看到的输入电压过低时不会尝试运行（图 1）。这样做有两个原因：首先，如果输入直流电压太低，转换器内部的电路可能会发生故障或以不确定的方式运行，并且实际上可能会损坏一些更高功率的组件；其次，即使转换器不能产生有效的输出功率，它也可以防止转换器吸收初级电源。后一方面意味着电源（例如向转换器提供不足电压的电池）仍可能被转换器进一步耗尽。因此，电池的充电时间会更长，尤其是来自能量收集等能量受限来源时。

图 1：电源不会“立即”达到全输出，而是具有开启和关闭的过渡范围和时间；UVLO 确保电源在其输入电压低于正常运行所需的最低电压时不会尝试提供完整输出。（来源：德州仪器）

为实现 UVLO，转换器内的小型低功耗比较电路将输入电压与预设阈值进行比较。它将电源置于静态模式，直到超过阈值。少量滞后可确保 UVLO 不会在阈值附近颤动。因此，例如，当输入电压降至 5.0 V 以下时电源将关闭，但在上升电压达到 5.5 V 之前不会打开

什么是过电压保护 (OVP)？

尽管电源或转换器的设计目的是正常产生固定的直流输出电压，但电源的内部故障可能会导致该电压升高，并可能损坏与电源相连的负载。这种故障可能是由于线束短路、无源元件故障或 MOSFET 等有源器件故障造成的。无论来源如何，它本身无疑是不可取的，特别是如果它也可能损坏负载。OVP 是一种监视输出与内部基准的关系的功能，如果电压上升到阈值以上则输出短路。

监控和跳闸的电路称为“撬棍”，之所以如此命名，是因为它与在输出端放置金属撬棍具有相同的效果。设计得当的 crowbar 既简单又独立于电源本身发挥作用（图 2）。

图 2：该短路器电路采用 8V 电源供电，其过压保护设置为 9.1V（这可以通过使用不同的齐纳二极管 ZD1 更改为具有首选电压的齐纳二极管；在 9.1V 时，齐纳二极管开始导通并产生触发信号，使晶闸管 Q1 导通（注意保险丝是为了防止过电流）。

有两种撬棒：一种撬棒一旦跳闸，只有在我关掉电源后才会复位；一旦输出电压故障被清除，它就会自行复位。当触发 crowbar 的条件是瞬态而非电源硬故障时，第二种方法很有用。虽然现在大多数电源都带有内置撬棒，但许多供应商提供了一个小型、独立的撬棒电路，如果需要，可以将其添加到现有电源中。

什么是热过载保护？

就其本质而言，任何电源都会产生热量，因为它的效率低于 100%。即使是高效的电源也会产生潜在的麻烦数量：效率为 90% 的 100 W 集合仍然会耗散 10 W，这非常有可能使外壳变热。为此，电源必须设计有足够的主动冷却（例如风扇）或被动冷却（通过对流和传导冷却实现）。

但是，当风扇发生故障、气流路径被阻塞或将另一个热源引入外壳时会发生什么？电源可能会超过其额定温度，这会严重缩短其使用寿命，甚至可能会立即导致故障。解决方案是电源内的一个电路，该电路感应温度并在温度超过预设限制时将电源置于静态模式。与 OVP 一样，一些热熔断器会在温度下降时自动允许电源恢复运行，而其他热熔断器则不会。哪种方法“更好”取决于应用程序的性质和使用周期。

这些是电源或转换器中的主要内部保护机制。还有针对外部事件和故障的“防御”，通常在电源之外提供或作为附加附件提供。

参考
德州仪器 SLVA769，“了解显示电源设备中的欠压闭锁”