正如前言中提到的,DC/DC 转换器的功能之一是保护应用。在简单的层面上,这种保护包括将负载与主电源相匹配以及稳定输出电压以防止输入过压和欠压,但 DC/DC 转换器也是确保系统故障保护的重要元件。例如,输出过载限制和短路保护不仅可以在负载发生故障时阻止转换器损坏,而且还可以通过在故障情况下限制输出功率来保护负载免受进一步损坏。在具有多个相同电路或通道的应用中,每个电路或通道均由单独的 DC/DC 转换器单独供电,一个输出通道中的故障不会影响其他输出,从而使系统具有单一容错能力。
在输入和输出之间添加隔离可以打破接地环路,消除干扰源,并通过保护应用免受瞬态损坏来提高系统可靠性。消除电源反馈效应是 DC/DC 转换器保护的一个重要方面。例如,考虑重型直流电机速度控制器。速度控制器电路需要稳定、无噪声的电源来平稳调节电机速度,但电机汲取的高直流电流会产生显着的电压瞬变,该电压瞬变可能反馈到速度控制器调节电路中,导致抖动或不稳定。隔离式 DC/DC 转换器不仅为速度控制器电路提供稳定的低噪声电源,
然而,DC/DC 转换器也是由
电子元件构成的,如果在其电压、电流和温度限制之外使用,这些
电子元件就很容易出现故障,就像任何其他电子电路一样。本章研究了保护转换器本身免受损坏所需的保护措施。
4.2-反极性保护 DC/DC 转换器没有针对反极性连接的保护。交换 VIN+ 和 VIN- 端子几乎肯定会立即导致故障,因此必须小心确保所有输入连接器或电池连接均已极化。如果主电源是变压器,则整流
二极管故障可能会导致负向输出,进而导致 DC/DC 转换器发生故障。
反极性电流
DC/DC 转换器在反向极化时失效的主要原因是 FET 中的体二极管。该衬底二极管反向连接时会导通,并允许流过非常大的电流IR,这可能会导致初级侧元件的损坏。为了避免这种潜在的危险,有多种选择。
4.2.1 串联二极管反接保护
保护DC/DC 转换器免受反接损坏的简单方法是添加串联二极管。电路如图 4.2 所示。如果电源电压反向,则二极管D1阻止负电流流动,并且没有故障电流可以流过DC/DC转换器的输入电路。显然,通过用
桥式整流器代替二极管,转换器将不受输入电压极性的影响而工作。
由于二极管两端的压降,串联二极管保护有一个缺点,特别是在低输入电压时。根据二极管的选择,预计正向压降为 0.2V 至 0.7V,相关功率损耗 = VF × IIN,这会降低转换效率和可用输入电压范围。如果输入电流为 1A,则 VF = 0.5V 的标准功率二极管会耗散 0.5W,大约相当于典型 15W 转换器耗散功率的四分之一,从而使整体效率降低 20%。
在某些应用中,二极管两端的压降是一个优势。拉力赛车通常使用 16V 电池来增加前照灯的亮度。交流发电机经过修改,可提供 11 – 20V 电??压,超出了标准 9 – 18V DC/DC 转换器的范围。通过串联使用三个二极管,可以降低有效输入范围以匹配标准 18V 输入电压范围。