可編程電源在超載（過載）時(shí)，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(hù)、軟件控制、冗余設(shè)計(jì)等多層防護(hù)機(jī)制，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與快速響應(yīng)，確保設(shè)備安全。以下是具體防護(hù)措施及技術(shù)原理：
一、硬件級(jí)保護(hù)：快速切斷危險(xiǎn)路徑
硬件保護(hù)是防止元件燒毀的第一道防線，其核心是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)并觸發(fā)硬件動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間通常在微秒級(jí)。
1. 過流保護(hù)（OCP, Over Current Protection）
- 原理：通過電流采樣電阻或霍爾傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電流，當(dāng)電流超過設(shè)定閾值時(shí)，硬件電路立即切斷輸出或限制電流。
- 實(shí)現(xiàn)方式：
- 比較器觸發(fā)：采樣電流信號(hào)經(jīng)放大后與參考電壓比較，若超過閾值，比較器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)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(shí)，動(dòng)態(tài)降低電流限值，避免元件長時(shí)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(fù)載短路或過載時(shí)，電流被限制在12A以內(nèi)，防止功率器件過熱。
2. 過壓保護(hù)（OVP, Over Voltage Protection）
- 原理：監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)電壓超過安全閾值時(shí)，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(shí)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(shí)，TVS導(dǎo)通將電壓鉗位在安全范圍。
- 可控硅（SCR）保護(hù)：當(dāng)檢測(cè)到過壓時(shí)，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(hù)），若輸出因負(fù)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(hù)（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(cè)功率器件（如MOSFET、變壓器）溫度，當(dāng)溫度超過閾值時(shí)，強(qiáng)制降額或關(guān)斷輸出。
- 實(shí)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(dá)到動(dòng)作點(diǎn)（如105℃）時(shí)，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(cè)：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(dòng)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(dá)到120℃時(shí)，自動(dòng)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(jí)控制：智能決策與動(dòng)態(tài)調(diào)整
軟件保護(hù)通過算法分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更靈活的防護(hù)策略，與硬件保護(hù)形成互補(bǔ)。
1. 數(shù)字限流與軟啟動(dòng)
- 數(shù)字限流：MCU根據(jù)負(fù)載電流動(dòng)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(dòng)）。
- 軟啟動(dòng)：電源啟動(dòng)時(shí)，MCU逐步提升輸出電壓/電流，防止電容充電或電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬態(tài)過載。
- 示例：測(cè)試大容量電容時(shí)，軟啟動(dòng)功能將充電時(shí)間延長至數(shù)秒，避免電流峰值超過功率器件額定值。
2. 負(fù)載監(jiān)測(cè)與預(yù)警
- 實(shí)時(shí)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(jī)，便于用戶監(jiān)控負(fù)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(dá)到90%額定值時(shí)觸發(fā)警報(bào)），提前采取措施避免過載。
3. 故障恢復(fù)與自檢
- 自動(dòng)重啟：過載保護(hù)觸發(fā)后，電源進(jìn)入待機(jī)模式，待負(fù)載減輕或故障排除后自動(dòng)重啟（如延時(shí)5秒后重新輸出）。
- 開機(jī)自檢：每次啟動(dòng)時(shí)檢測(cè)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(bào)錯(cuò)。
三、冗余設(shè)計(jì)與可靠性增強(qiáng)
通過冗余設(shè)計(jì)提高電源抗過載能力，降低單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)。
1. 功率器件冗余
- 并聯(lián)MOSFET：采用多個(gè)MOSFET并聯(lián)分擔(dān)電流，單個(gè)器件損壞時(shí)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(qiáng)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(dòng)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(diǎn)溫度。
3. 電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)
- 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(fù)載產(chǎn)生的干擾，防止誤觸發(fā)保護(hù)電路。
- 屏蔽與接地：對(duì)高頻開關(guān)信號(hào)線采用屏蔽層接地，減少輻射干擾對(duì)采樣電路的影響。
四、典型應(yīng)用場(chǎng)景中的防護(hù)策略
1. 工業(yè)自動(dòng)化測(cè)試
- 場(chǎng)景：為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供測(cè)試電源，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生數(shù)倍額定電流的沖擊。
- 防護(hù)措施：
- 啟用軟啟動(dòng)功能，限制啟動(dòng)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(dòng)器故障導(dǎo)致電壓反灌。
2. 新能源電池測(cè)試
- 場(chǎng)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(xiǎn)高。
- 防護(hù)措施：
- 采用折返限流保護(hù)，防止恒流階段電流失控。
- 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓，若檢測(cè)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(cè)電池表面溫度，避免熱失控。
3. 半導(dǎo)體器件老化測(cè)試
- 場(chǎng)景：長時(shí)間對(duì)LED、IGBT等器件施加高電壓/大電流，需確保電源穩(wěn)定性。
- 防護(hù)措施：
- 啟用OTP保護(hù)，防止功率器件因長時(shí)間工作導(dǎo)致溫度過高。
- 設(shè)置預(yù)警閾值（如電流達(dá)到80%額定值時(shí)報(bào)警），提醒用戶調(diào)整測(cè)試參數(shù)。
- 采用冗余設(shè)計(jì)，關(guān)鍵元件（如采樣電阻）選用高精度、高可靠性型號(hào)。
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(hù)（快速切斷危險(xiǎn)）→ 軟件控制（智能決策）→ 冗余設(shè)計(jì)（提升可靠性）的三層防護(hù)體系，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)整，確保在超載時(shí)內(nèi)部元件安全。其技術(shù)本質(zhì)是風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管理：將過載分為瞬態(tài)（如電機(jī)啟動(dòng)）和持續(xù)（如短路）兩類，分別采用軟啟動(dòng)/數(shù)字限流和硬件關(guān)斷策略，同時(shí)通過冗余設(shè)計(jì)降低單點(diǎn)故障概率，最終實(shí)現(xiàn)高可靠性運(yùn)行。
