電源的輸入保護電路
輸入保護電路由保險絲、反極性保護二級管、輸入電容、瞬態抑制二極體等組成,常用的輸入保護電路如圖1所示。
(1)保險絲
模組輸入端的保險絲提供安全保護,一般保險絲規格可選取1.5~2倍的額定輸入電流,如果模組的輸入電壓範圍相當寬,保險絲應該選擇2倍的最大輸入電流。
是否選擇一個快速熔斷的保險絲取決於具體的套用。一般情況下一個普通的保險絲能提供足夠的保護,模組內部可以處理短路時的一些瞬態錯誤,但在熱備份的套用中,推薦使用快速保險絲,以防失效的模組將輸入母線短路。
(2)輸入電容
在模組的輸入端應加裝一隻電解電容,這個電容有兩個作用:
①吸收模組輸入端的電壓尖峰
②在輸入母線上出現電壓瞬態時(因短路或意外導致的電壓瞬間跌落),給模組提供一定時間的維持電壓。選擇電容時,除考慮脈動電流和電壓外,應該選擇低等效串聯電阻(ESR)的電容。
(3)輸入瞬態過壓保護
輸入瞬間過壓保護可加裝一支瞬態抑制二極體或瞬態吸收器(壓敏電阻),用於抑制一次電源產生的高壓尖峰,以保護輸入端的安全可靠。這隻二極體或壓敏電阻應放在電解電容前面。對於較大能量的瞬態電壓有必要接一個LC濾波器(L1和C1)。LC濾波器對瞬態能量有積分作用,而瞬態抑制二極體能削減尖峰電壓。L2為共模濾波電感,濾除輸入端的共模噪聲。瞬態保護在低壓時選用二極體,高壓時選用壓敏電阻。
(4)反極性保護
為了防止模組在輸入線接錯時,模組承受反向電壓,在輸入端安裝一隻二極體,這隻二極體可串聯或並聯在輸入迴路(圖中虛線所示位置)。如果使用瞬態抑制二極體作為瞬態過壓保護,則省略串聯的二極體,同樣可起到反極性保護的作用。
(5)Y電容器
推薦安裝Y電容,以降低共模噪音,Y電容的中心接模組外殼並與系統保護地相連。
模組電源的輸入保護電路
一般模組電源產品都有內置濾波器,能滿足一般電源套用的要求。如果需要更高要求的電源系統,應增加輸入濾波網路。可以採用LC或π型網路,但應注意儘量選擇較小的電感和較大的電容。
為了防止輸入電源瞬態高壓損壞模組電源,建議用戶在輸入端接瞬態吸收二極體並配合保險絲使用,以確保模組在安全的輸入電壓範圍之內。為了降低共模噪聲,可以增加Y(Cy)電容,一般選擇幾nf高頻電容。R為保險絲,D1為保護二極體,D2為瞬態吸收二極體(P6KE系列)。
開關電源的保護電路
(1) 基本保護電路
FU為保險絲,用作開關電源的過電流保護。
RV1~RV3均為氧化鋅壓敏電阻,主要用來抑制瞬態過電壓,即我們在開關電源設計中所說防雷擊的要求。
NTC是負溫係數的熱敏電阻,用來抑制接通電源瞬間的浪涌電流衝擊。一般來說,它只用於300W以下的電源。對於功率等級較高的,多採用電阻限流法、電感限流法等。
電阻限流法:將NTC元件換成電阻,另通過繼電器接點來短電阻。如圖3所示,還有許多與此相關或相似的電路。
(2) 輸入過壓保護
Vin:為略大於最高輸入電壓。如AC/DC則濾波電容後取
Vin×R2/(R1+R2)≥0.7V
C1:取104J63或小容量鋁電解電容,目的是防止外界干擾誤動作
Vref:為晶片的基準腳。如3842的8pin
Q1:為NPN的達令頓管即可。如2N4401
(3) 輸入欠壓保護
此電路僅相當於一個反向器電路
Vin:為略低於最低輸入電壓。如AC/DC則濾波電容後取
Vin×R3/(R1+R2+R3)≤0.7V
R4:<<Q1的判斷時的阻值
Vref:為晶片的基準腳。如3842的8pin
Q1、Q2:為NPN的達令頓管即可。如2N4401
註:採用運放來做亦可,但原理相通。如有機會將多列出此類電路。
集成運放器件的輸入保護電路
當輸入的差模電壓或共模電壓超過規定值時,會造成內部輸入級工作不正常,甚至損壞輸入級。可採取圖6所示利用二極體D1、D2和電阻R1構成的雙向限幅電路來進行輸入保護。