2018年05月14日 | 开关电源设计实例之保护电路实例详解

开关电源各种保护电路实例详细解剖！

输入欠压保护电路一

1概述（电路类别、实现主要功能描述）： 

该电路属于输入欠压电路，当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc，从而关闭输出。 

2电路组成（原理图）：

输入欠压保护电路二

1概述（电路类别、实现主要功能描述）： 

输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时，关闭输出；当输入电压升高到设定恢复值时，输出自动恢复正常。

2电路组成（原理图）：

3工作原理分析(主要功能、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，

4电路的优缺点 

优点：电路形式简单，成本较低。 

缺点：因稳压管VD4批次间稳压值的差异，导致欠压保护点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。

5应用的注意事项：  

VD4应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试。

输出过压保护电路一

1概述（电路类别、实现主要功能描述）： 

输出过压保护电路。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障（开环或其他）导致输出电压高于稳压值时，此电路会将输出电压钳位在设定值。

2电路组成（原理图）：

3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 

输出过压时，加在VD3上的电压大于其稳压值时，VD3导通，输出电压被钳位，同时通过IC4向原边反馈。

4电路的优缺点 

优点：电路形式简单，成本较低。

缺点：因稳压管VD3批次间稳压值的差异，导致过压钳位点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。

5应用的注意事项：  

VD3应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R32应考虑多个并联以方便调试。

当过压保护电路起作用时，电路处于非正常工作状态。对于有输出电压上下调功能的电路，过压保护点应大于输出电压上调最大值。

输出过压保护电路二

1概述（电路类别、实现主要功能描述）： 

输出过压保护电路。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障（开环或其他）导致输出电压高于正常值时，此电路会将输出电压稳定在设定值。 

2电路组成（原理图）：

3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 

输出过压时，Va>Vref，IC3导通，通过IC4向原边反馈,输出电压稳定在设定的过压保护值。

4电路的优缺点 

优点：输出过压保护值可以精确设置。

缺点：相对稳压管钳位方式成本稍高一些。

5应用的注意事项：  

当过压保护电路起作用时，电路处于非正常工作状态。对于有输出电压上下调功能的电路，过压保护点应大于输出电压上调最大值。

过压保护自锁控制电路

3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 

上图中为隔离的自锁型控制电路。当过压保护信号CONTROL端给出一个高电平时，U1中的三极管导通，VCC为整个电路的供电端。Vcc经R5给Q2一个基极电流，Q1导通并进入饱和状态，SHUT端被Q2拉至低电平，PWM关闭电源无输出。Q2同时控制Q1的导通。当 Q2导通时，Q1的基极电流经R2到地，Q1导通，经R3再提供一个基极电流给Q2，维持Q2的导通。Q1及R1、R2、R3构成了Q2的正反馈电路。

4电路的优缺点 

优点：可有效的进行自锁保护，整个电路等效于一个可控硅。  

缺点： 整个电路需要一个固定的Vcc。当PWM电源端无供电时，也需保证上图中VCC电压的存在。

5应用的注意事项：

1． 此电路要有持续的供电自锁才有效。 

2． 此电路不宜使用在无人值守的电源系统里。

过温保护电路

1概述（电路类别、实现主要功能描述）： 

该电路属于过温保护电路，但温度高于设定的保护点时，关闭模块输出，当温度恢复后自动开启模块。 

2电路组成（原理图）：

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）： 

本电路采用热敏电阻检测基板温度，热敏电阻阻值随基板温度变化而变化， 热敏电阻阻值的变化导致运放输入电压变化，从而实现运放的翻转控制PWM芯片的输出，进而将模块关闭。 

2电路组成（原理图）：

3工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理，关键参数计算分析)： 

R99热敏电阻是负温度系数热敏电阻，常温时，R99=100k，R99与R94的分压0.45V为U2运放的负输入，远低于运放的正输入2.5V（R23与R97分压），因此运放的输出是高电平，对LM5025的SS端无影响，模块正常工作。

随着基板温度升高，R99电阻阻值减小，当减小到一定值时，使得运放的负输入大于正输入时，运放输出低电平，将LM5025的SS拉低，从而关闭模块输出；温度保护点可以适当调整R94，R23，R97的阻值而相应地调整。 

模块关闭输出后（过温保护），基板温度会降低，R99阻值会增大，运放的负输入会降低，为使运放的正常翻转，引入电阻R98，原理是运放输出低后，R98相当于与R97并联，将运放的基准变低，拉开运放正负输入的电压间距，从而实现温度回差。比如基板温度90℃时保护，80℃时开启。

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

4.3  得出温度保护时热敏电阻的阻值：R99（t）=（Vref*R24/（Vref*R97/（R23+R97）-0.007））-R94

4.4  考虑容差时的计算见下表：

4.5  过温保护时，R99的值 

4.6  R99-SDNT2012X104J4250HT(F)是负温度系数的热敏电阻，25°C时100k，过温保护时阻值10k左右（见上表），计算温度为：

Rt=R*e(B(1/T1-1/T2)) T1=1/(ln(Rt/R)/B+1/T2)) 

T2:常温25°C，上式中T2=273.15+25=298.15；B：4250±3%；R：25°C时的电阻值，100k，计算出的T1值也是加了273.15后的值，因此下表中t1=T1-273.15，是摄氏度。 Rt：温度变化后的阻值，10k，9.704k，10.304k，见上表 

4.7  回差

运放输出低后，电阻R98（51k）就并在R97上，将基准拉低，新的基准电压 Vref1=Vref*（R98//R97）/（R23+R98//R97）=2.28V 达到2.44V时，R99的阻值R99=Vref*R94/Vref1-R94=11.9k R99达到10.49k时，温度按下表计算 

温度回差=82.6-77.3=5.3℃

5电路的优缺点 

优点:   温度保护点及温度回差很容进行调整

缺点：  温度准确度偏低

电路比采用温度开关略复杂 

温度保护时反映的是热敏电阻附近的基板温度，不能反映模块的最高器件的温度，不过这可以在设计时解决，比如基板温度在90℃保护，实际板上器件最高温度已达130℃，就可以适当调整温度保护点，从而起到保护作用。

6应用的注意事项 

尽量将热敏电阻放置在发热器件附近。