可編程電源在超載（過載）時，內(nèi)部元件可能因電流過大、溫度過高或電壓應(yīng)力超出極限而損壞。為防止此類故障，電源通常采用硬件保護、軟件控制、冗余設(shè)計等多層防護機制，結(jié)合實時監(jiān)測與快速響應(yīng)，確保設(shè)備安全。以下是具體防護措施及技術(shù)原理：
一、硬件級保護：快速切斷危險路徑
硬件保護是防止元件燒毀的第一道防線，其核心是實時監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)并觸發(fā)硬件動作，響應(yīng)時間通常在微秒級。
1. 過流保護（OCP, Over Current Protection）
- 原理：通過電流采樣電阻或霍爾傳感器實時監(jiān)測輸出電流，當(dāng)電流超過設(shè)定閾值時，硬件電路立即切斷輸出或限制電流。
- 實現(xiàn)方式：
- 比較器觸發(fā)：采樣電流信號經(jīng)放大后與參考電壓比較，若超過閾值，比較器輸出信號驅(qū)動MOSFET關(guān)斷或觸發(fā)繼電器斷開。
- 折返限流（Foldback Current Limiting）：當(dāng)輸出電壓因過載下降時，動態(tài)降低電流限值，避免元件長時間承受高電流（如從10A限流降至2A）。
- 示例：某可編程電源設(shè)定OCP閾值為120%額定電流（如10A電源的12A限流），當(dāng)負載短路或過載時，電流被限制在12A以內(nèi)，防止功率器件過熱。
2. 過壓保護（OVP, Over Voltage Protection）
- 原理：監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)電壓超過安全閾值時，快速切斷輸出或鉗位電壓，防止下游設(shè)備損壞或電源內(nèi)部元件擊穿。
- 實現(xiàn)方式：
- TVS二極管鉗位：在輸出端并聯(lián)瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS），當(dāng)電壓超過其擊穿電壓時，TVS導(dǎo)通將電壓鉗位在安全范圍。
- 可控硅（SCR）保護：當(dāng)檢測到過壓時，觸發(fā)SCR導(dǎo)通，形成短路回路迫使熔斷器熔斷或開關(guān)電源關(guān)閉。
- 示例：某電源設(shè)定OVP閾值為110%額定電壓（如24V電源的26.4V保護），若輸出因負載斷開或反饋故障導(dǎo)致電壓飆升，OVP電路在1μs內(nèi)切斷輸出。
3. 過溫保護（OTP, Over Temperature Protection）
- 原理：通過NTC熱敏電阻或數(shù)字溫度傳感器監(jiān)測功率器件（如MOSFET、變壓器）溫度，當(dāng)溫度超過閾值時，強制降額或關(guān)斷輸出。
- 實現(xiàn)方式：
- 溫度開關(guān)：在散熱片或功率器件表面貼裝溫度開關(guān)（如KSD9700），當(dāng)溫度達到動作點（如105℃）時，開關(guān)斷開觸發(fā)控制電路關(guān)斷電源。
- 數(shù)字溫度監(jiān)測：MCU通過ADC讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)，若溫度持續(xù)升高，啟動風(fēng)扇加速散熱或降低輸出功率。
- 示例：某電源在變壓器溫度達到120℃時，自動降低輸出功率至50%，若溫度繼續(xù)上升至140℃，則完全關(guān)斷輸出。
二、軟件級控制：智能決策與動態(tài)調(diào)整
軟件保護通過算法分析實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)更靈活的防護策略，與硬件保護形成互補。
1. 數(shù)字限流與軟啟動
- 數(shù)字限流：MCU根據(jù)負載電流動態(tài)調(diào)整PWM占空比，將電流限制在安全范圍（如通過PID算法平滑限流過程，避免硬限流導(dǎo)致的輸出抖動）。
- 軟啟動：電源啟動時，MCU逐步提升輸出電壓/電流，防止電容充電或電機啟動時的瞬態(tài)過載。
- 示例：測試大容量電容時，軟啟動功能將充電時間延長至數(shù)秒，避免電流峰值超過功率器件額定值。
2. 負載監(jiān)測與預(yù)警
- 實時數(shù)據(jù)記錄：MCU記錄輸出電壓、電流、溫度等參數(shù)，通過通信接口（如RS485、LAN）上傳至上位機，便于用戶監(jiān)控負載狀態(tài)。
- 預(yù)警閾值設(shè)置：用戶可自定義預(yù)警閾值（如電流達到90%額定值時觸發(fā)警報），提前采取措施避免過載。
3. 故障恢復(fù)與自檢
- 自動重啟：過載保護觸發(fā)后，電源進入待機模式，待負載減輕或故障排除后自動重啟（如延時5秒后重新輸出）。
- 開機自檢：每次啟動時檢測關(guān)鍵元件（如功率管、采樣電路）是否正常，若發(fā)現(xiàn)故障則鎖定輸出并報錯。
三、冗余設(shè)計與可靠性增強
通過冗余設(shè)計提高電源抗過載能力，降低單點故障風(fēng)險。
1. 功率器件冗余
- 并聯(lián)MOSFET：采用多個MOSFET并聯(lián)分擔(dān)電流，單個器件損壞時其他器件仍可維持基本功能（需匹配導(dǎo)通電阻和熱特性）。
- 多相變換器：在高頻開關(guān)電源中，使用多相（如3相、6相）變換器均流，降低單相電流應(yīng)力。
2. 散熱系統(tǒng)優(yōu)化
- 強制風(fēng)冷：在散熱片上安裝風(fēng)扇，通過風(fēng)速控制（如PWM調(diào)速）根據(jù)溫度動態(tài)調(diào)整散熱能力。
- 熱管技術(shù)：在功率器件與散熱片之間使用熱管，提升熱傳導(dǎo)效率，降低局部熱點溫度。
3. 電磁兼容（EMC）設(shè)計
- 濾波電路：在輸入/輸出端添加共模電感、X/Y電容，抑制電網(wǎng)噪聲或負載產(chǎn)生的干擾，防止誤觸發(fā)保護電路。
- 屏蔽與接地：對高頻開關(guān)信號線采用屏蔽層接地，減少輻射干擾對采樣電路的影響。
四、典型應(yīng)用場景中的防護策略
1. 工業(yè)自動化測試
- 場景：為電機驅(qū)動器提供測試電源，電機啟動時可能產(chǎn)生數(shù)倍額定電流的沖擊。
- 防護措施：
- 啟用軟啟動功能，限制啟動電流峰值。
- 設(shè)置數(shù)字限流閾值為150%額定電流，避免功率管過熱。
- 配置OVP閾值為110%額定電壓，防止驅(qū)動器故障導(dǎo)致電壓反灌。
2. 新能源電池測試
- 場景：模擬電池充放電曲線，需在恒流-恒壓模式下頻繁切換，過載風(fēng)險高。
- 防護措施：
- 采用折返限流保護，防止恒流階段電流失控。
- 實時監(jiān)測電池電壓，若檢測到過充（如4.2V以上），立即觸發(fā)OVP并切斷輸出。
- 通過溫度傳感器監(jiān)測電池表面溫度，避免熱失控。
3. 半導(dǎo)體器件老化測試
- 場景：長時間對LED、IGBT等器件施加高電壓/大電流，需確保電源穩(wěn)定性。
- 防護措施：
- 啟用OTP保護，防止功率器件因長時間工作導(dǎo)致溫度過高。
- 設(shè)置預(yù)警閾值（如電流達到80%額定值時報警），提醒用戶調(diào)整測試參數(shù)。
- 采用冗余設(shè)計，關(guān)鍵元件（如采樣電阻）選用高精度、高可靠性型號。
總結(jié)：可編程電源防燒毀的核心邏輯
可編程電源通過硬件保護（快速切斷危險）→ 軟件控制（智能決策）→ 冗余設(shè)計（提升可靠性）的三層防護體系，結(jié)合實時監(jiān)測與動態(tài)調(diào)整，確保在超載時內(nèi)部元件安全。其技術(shù)本質(zhì)是風(fēng)險分級管理：將過載分為瞬態(tài)（如電機啟動）和持續(xù)（如短路）兩類，分別采用軟啟動/數(shù)字限流和硬件關(guān)斷策略，同時通過冗余設(shè)計降低單點故障概率，最終實現(xiàn)高可靠性運行。
