曝光:電源保護(hù)那些不為人知的秘密
發(fā)布時(shí)間:2015-03-03 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】本文主要為大家分享的是關(guān)于電源保護(hù)的相關(guān)知識(shí),說到電路保護(hù)大家都知道它的必要性,但是不是所有的知識(shí)點(diǎn)都清楚,這里就為大家揭秘那些你所不知道的電源保護(hù)的秘密。
當(dāng)今系統(tǒng)直流電源整合了多種保護(hù)特性,能夠保護(hù)被測(cè)器件(DUT)和電源自身免于故障或設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致的損壞。你肯定對(duì)過壓保護(hù)(OVP)和過流保護(hù)(OCP)不陌生,這是大多數(shù)系統(tǒng)直流電源應(yīng)用的兩個(gè)核心保護(hù)特性,能夠防護(hù)功率相關(guān)損壞。
過壓保護(hù)可以在電壓高于允許運(yùn)行電壓上限時(shí)幫助確保被測(cè)器件不會(huì)遭受電源相關(guān)的損壞。過壓損壞幾乎在瞬間產(chǎn)生,因此在設(shè)置過壓保護(hù)電壓時(shí),應(yīng)低于被測(cè)件的損壞電平,以提供一定范圍的裕量;但保護(hù)電壓的設(shè)置,也要略高于被測(cè)器件的最大預(yù)期工作電壓,以避免電壓瞬變?cè)斐杀粶y(cè)件的重啟。過壓形成通常源于被測(cè)器件的外部因素。在高性能的程控電源中,過壓保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間通常在10uS-100uS。
過流保護(hù)可以幫助保護(hù)被測(cè)器件,防止內(nèi)部短路或其他故障導(dǎo)致過高的電流,造成被測(cè)件的損壞。過流保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間通常是從百微秒級(jí)到毫秒級(jí),不同性能的電源這個(gè)指標(biāo)相差較大,性能越好的電源,響應(yīng)時(shí)間越短。同時(shí),過流越高,電源的響應(yīng)時(shí)間則越短。由于被測(cè)件在啟動(dòng)過程中往往存在比較高的浪涌電流,這會(huì)遠(yuǎn)高于被測(cè)件的正常工作電流,如果這個(gè)浪涌電流的時(shí)間過長(zhǎng),就會(huì)觸發(fā)電源的OCP,從而電源下電,被測(cè)件無法啟動(dòng)。正是由于這個(gè)原因,有些被測(cè)件在用高性能電源常常無法正常啟動(dòng),而使用雜牌的電源時(shí),被測(cè)件則可以啟動(dòng), 因?yàn)殡s牌電源OCP啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)。為了解決這個(gè)問題,高性能電源可以允許使用者設(shè)置電源上電時(shí)OCP啟動(dòng)的電流幅度窗口和時(shí)間,即確保被測(cè)件的正常啟動(dòng), 又可確保了被測(cè)件的安全
但在很多的應(yīng)用場(chǎng)合,僅僅OVP和OCP對(duì)于器件測(cè)試過程中的保護(hù)往往是不夠的。在這里,我們用一個(gè)實(shí)例來說明。圖 1 是實(shí)例被測(cè)器件的過壓保護(hù)和過流保護(hù)描述。這是一個(gè)電壓固定輸出為48V /最大工作電流9.4A的電源,最大功耗為450W。測(cè)試過程中,我們?cè)O(shè)定過壓保護(hù)和過流保護(hù)為比被測(cè)器件的電壓和電流值高 10%,以保護(hù)被測(cè)器件。
然而,并非所有被測(cè)器件都具有與圖 1 類似的電壓和電流工作范圍。以車載 DC – DC 轉(zhuǎn)換器為例, 這類器件具有寬泛的工作電壓范圍,而功率相對(duì)恒定。這里的DC-DC轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用在車載及軍用電子產(chǎn)品中,以適應(yīng)變化范圍大、輸入電壓不穩(wěn)定的工作環(huán)境。如圖 2 所示,DC – DC 轉(zhuǎn)換器的工作電壓為 24-48 V,功耗 225W。DC – DC 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率通常很高,其自身的能量損耗極低,絕大部分傳輸?shù)搅素?fù)載。如果 DC – DC 轉(zhuǎn)換器一旦發(fā)生故障,就會(huì)導(dǎo)致自身能耗迅速上升,轉(zhuǎn)換效率降低,可能會(huì)由于過熱而損壞。在這種情況下,就需要設(shè)置24V的過壓保護(hù)??墒?,一旦設(shè)置了24V的過壓保護(hù),就會(huì)導(dǎo)致更高電壓值的測(cè)試無法進(jìn)行。如下圖所示。
具備過功率保護(hù)能力的程控電源可以解決上述問題,因?yàn)檫^功率保護(hù)可以在所有輸入電壓設(shè)置條件下保護(hù)被測(cè)器件。
[page]圖 3:應(yīng)用過功率保護(hù)的 DC - DC 轉(zhuǎn)換器輸入電壓(V)和電流(I)范圍實(shí)例
目前市面上的程控系統(tǒng)電源,絕大多數(shù)不具備過功率保護(hù)特性。如果針對(duì)每次測(cè)試電壓的設(shè)置, 都需要修改過壓保護(hù)設(shè)置,不僅繁瑣而且不實(shí)用。Keysight N6900A 和 N7900A APS先進(jìn)系統(tǒng)直流電源提供可配置的智能觸發(fā)系統(tǒng),可以持續(xù)感應(yīng)輸出功率,進(jìn)而創(chuàng)建邏輯表達(dá)式,以便根據(jù)輸出功率觸發(fā)輸出保護(hù)的下電。如圖 4 所示,使用 N7906A 軟件工具可以直觀地配置邏輯表達(dá)式,然后下載至APS電源。智能觸發(fā)系統(tǒng)是由儀器的硬件支持,能夠確??焖夙憫?yīng),這是構(gòu)建保護(hù)機(jī)制的重要因素 。
圖 4:N7906A 軟件工具可以直觀地配置過功率保護(hù)關(guān)機(jī)
此外,N7906A 具有故障延遲功能,可以防止被測(cè)器件因瞬態(tài)事件產(chǎn)生臨時(shí)功率峰值導(dǎo)致的誤觸發(fā)。除了故障觸發(fā)電源的下電,輸出功率還可以用于觸發(fā)眾多其它的事件和動(dòng)作。
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