在电子设备的运行中,开关电源是关键部件之一。然而,在实际应用时,开关电源可能会出现输出电压过高或过低的异常情况。由于开关电源有其额定电压值,一旦超出这个设定范围,输出电容的耐压能力可能无法承受,进而引发电源发热、短路甚至起火等严重后果。为了有效预防这些问题,工程师们设计了多种形式的保护电路。当控制电路失效或出现其他故障导致电压异常上升时,这些保护电路能够及时关闭电源输出,从而对负载进行有效保护,提高整个系统的稳定性和可靠性。下面详细介绍几种常见的过压保护电路原理及优势。
过压保护电路一
此电路通过稳压管和光耦的搭配,利用光耦的导通来控制原边控制 IC 停止工作,实现过压保护。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端,或者电路本身出现故障导致输出电压升高时,该电路会将电压钳位在设定值。

工作原理:当输出过压时,加在 D730 上的电压大于其稳定值,D730 将导通,输出电压会被钳位。同时,过压信号会通过 OC730 向原边反馈,使得原边控制 IC 用于过压保护的引脚拉低或致高(如图:拉低 SNSBOOST 引脚),从而停止工作。
电路优缺点:优点是电路简单、成本低;缺点是精度不高,受稳压管批次差异以及稳压管的温度特性影响,过压钳位点会出现上下浮动,批出货中存在差异。总结:因此在采用该方案时,一般需要选用温度系数较好的稳压管,或者采用两种温度系数相反的稳压管串联起来作为补偿。
过压保护电路二
该电路是在个电路的基础上进行改进,去掉原有的稳压二极管,采用 TL431 来检测输出电压,提高了采样精度。

工作原理:过压时,输出电压通过电阻 R730 与 R731//R732 的分压,使得 VA>Vref,U730 将导通。同时,过压信号会通过 OC730 向原边反馈,使得原边控制 IC 用于过压保护的引脚拉低或致高(如图:拉低 SNSBOOST 引脚),从而停止工作。
电路优缺点:优点是输出过压保护值可以精准设置;缺点是相对稳压管钳位方式成本稍高一些。总结:因此在采用该方案时,一般应用在后级需要严格控制电压的电源。
对比前两个方案可以发现,它们都使用了光耦。由于电源需要做隔离,而光耦的价格相对较高,因此人们思考能否在去掉光耦的同时检测输出电压。在不增加其他器件的基础上,考虑到隔离电源都存在隔离变压器这一开关电源必备的元件,可以利用隔离变压器的原边 VCC 绕组来实现原副边隔离和输出过压保护,于是第三种保护电路应运而生。
过压保护电路三
该方案采用原边辅助绕组 VCC,通过耦合副边输出电压,当输出电压升高导致 VCC 电压升高时,从而实现输出过压保护的作用。

工作原理:过压时,输出电压 Vo2 升高,辅助绕组电压 PAUX 电压升高,通过上下拉电阻 R812 与 R813//R814 的分压提供给 IC 的 DEM 引脚。当 DEM 引脚电压超过 OVP 电压阀值时,IC 将进入输出电压过压保护状态,IC 停止工作。
电路优缺点:优点是成本相比较更低;缺点是受变压器耦合度影响较大,精度以及一致性不好。总结:因此在采用该方案时,一般过压保护的电压范围较宽。与前两种方案相比,方案一、二都可以在自身反馈环路出问题以及输出电压被外部电压强制提高时起作用,而方案三只针对电源自身反馈出问题时才起作用。
当输出电压仅受到外部电压强行提升而引发异常状况时,还有以下两种可行的解决策略。
过压保护电路四
在输出端增加一个钳位二极管,原理如图所示。

工作原理:当输出端反灌电压进入开关电源时,输出端稳压管将导通,防止电压灌入导致电源内部器件损坏。电路优缺点:优点是成本更低;缺点是电压钳位时间较短,时间过长容易损坏。
过压保护电路五
针对输出端电压反灌时间较长的问题,可以考虑在输出端串联二极管。这样,反灌电压将被隔离在电源外部,仅能由电源输出,而非外界电压引入。然而,这种方法存在一些潜在问题,因为二极管存在导通压降,当电路较大时,二极管将会产生极大的热耗,从而增加了电源的损耗。此外,由于导通压降的影响,输出电压的度也可能受到影响。

总结:该方案仅适用于输出电流较小且输出电压精度不高的产品。