輸出過壓保護電路的設計思路

開關電源在使用過程中會發生輸出電壓過高或者過低的現象：開關電源存在一個額定電壓，如果超出額定電壓就可能超出輸出電容的耐壓值，電源會因此發熱擊穿而燒毀甚至起火，因此設計出不同類型的保護電路，當控制電路失效或其他故障導致電壓升高時，關閉電源的輸出，從而保護負載，提高系統的可靠性。

以下介紹幾種目前常見的過壓保護電路原理及優勢分析：

1 輸出過壓保護電路方案1

該方案是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。結構如圖1 所示。

圖1

工作原理分析：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。

圖2

2 輸出過壓保護電路方案2

該方案是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，如圖3 所示。

圖3

工作原理分析：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。

以上兩種方案中都存在一個光耦，這是因為我們的電源需要做隔離，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我們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，因此我們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3 種保護電路應運而生。

圖4

3 輸出過壓保護電路方案3

該方案采用原邊輔助繞組V_cc，通過耦合副邊輸出電壓，輸出電壓升高導致V_cc 電壓升高從而實現輸出過壓保護的作用，結構如圖5 所示。

圖5

工作原理分析：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。

以上3 種方案中，方案1 以及方案2 均可被使用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，而方案3 僅針對與電源自身反饋出問題時才起作用。而在針對單純的輸出電壓因外部電壓強制升高而導致的異常同樣有以下兩種可行方案。

圖6

4 輸出過壓保護電路方案

在輸出端增加一個鉗位二極管，原理如圖7 所示。

圖7

工作原理分析：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。

圖8

5 輸出過壓保護電路方案

為解決輸出端反灌電壓時間較長問題，我們可以采用輸出端串聯二極管的方式，使得反灌電壓無法進入電源內部，只能由電源向外輸出，而不能外灌電壓進入，但相應的會產生其他問題，因二極管存在導通壓降，當輸出電路較大時，二極管發熱劇增，增大了電源損耗，同時因導通壓降原因降低了輸出電壓精度。原理如下圖9所示。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。

圖9

6 結束語

從以上5 種常用電路的原理以及優缺點分析來看，方案四以及方案五只針對外灌電壓形式的過壓保護，不適用于不同場景應用，方案1 以及方案3 的精度問題也較為明顯，相對于言，方案2 中僅因光耦以及431 而增加的部分費用，在中大功率產品中影響并不大，市場在使用中更在意的是產品的穩定性和安全性。

目前，金升陽120W 以上的機殼開關電源LM 系列，導軌電源LI 系列等產品均使用方案2 的輸出過壓保護電路，提升整個系統的可靠性。未來，金升陽也會持續響應市場趨勢，始終如一，深耕電源技術創新，腳踏實地將民族工業品牌發揚光大，為客戶提供更優質的產品，為國產電源崛起貢獻力量。

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年4月期）