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  • 電源電路|什么是過壓保護(OVP)與過流保護(OCP)
    • 發布時間:2022-06-09 20:34:01
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    電源電路|什么是過壓保護(OVP)與過流保護(OCP)
    過壓保護(OVP) 和過流保護(OCP)
    過壓保護 OVP
    過壓保護 OVP 是電壓的一個極其重要的特性,旨在防止電源對較為靈敏的器件輸入過高的電壓。
    如果電源輸出端子上的電壓超過 OVP 設置,那么電源輸出就會關閉,從而保護器件不會因為電壓過高而損壞。
    一旦電源被打開,OVP始終是工作的,您不能關閉它。 如果您不想激活它,就應將其設置為電源輸出最大值的電壓值。
    有很多原因會導致過壓, 包括:
    1. 操作人員人為失誤:操作人員可能將電壓值設置錯誤, 超過了預定值, 也就是被測件可承受的最高電壓。
    2. 內部電路故障:電源中的電路可能發生故障,導致輸出電壓超過預定值。
    3. 外部電源影響:外部電源(例如與輸出并聯的其它電源或電池), 可能產生高于預定值的電壓。
    某些電源的 OVP 設計在輸出上包括一個可控硅整流器(SCR),它可以在探測到過電壓條件時快速啟動, 立即將輸出短路,以防輸出電壓達到并停留在一個高電壓值上。
    SCR 電路有時俗稱為“撬棍(crowbar)”電路,因為它的作用就像是在過壓一瞬間,把一大塊金屬撬到電源輸出端,讓輸出端短路,從而保護被測件(DUT)不會接收到過高電壓。
    不同的電源對過壓的反應時間差別也很大。例如,是徳的N6700系列模塊化電源,保護響應時間是50微妙,而E3600 系列基礎臺式電源,響應時間在幾百微秒到3ms。
    在傳統的線性電源設計中,當出現過電壓條件時,電源輸出端上的 SCR 便會啟動。
    圖1是線性電源的工作框圖,圖中的第4個部件是串行直通的晶體管調整器(Series Pass Transistor) 。這個晶體管工作在線性區域,這也是“線性電源”名稱的由來。
    過壓保護 過流保護
    在線性電源工作過程中,一旦出現過壓情況,如果該串聯直通晶體管沒有成功短路, 那么電源內部未經調整電壓會完全傳輸到輸出端。 
    這個電壓會高于電源的最大額定電壓,很有可能損壞被測件。當 OVP 激活后,會發送一個信號來關閉串聯直通晶體管。但如果該晶體管沒有成功短路,關閉信號就失去了作用。
    這時,保護被測件的唯一途徑就是觸發輸出端上的 SCR,使輸出短路。當然,SCR 電路設計有足夠大的能力,可以應對過高的電壓以及在短路后隨之而來的電流。
    如果晶體管沒有成功短路,而觸發 SCR 短路,電源的交流輸入線路的保險絲有時會熔斷,這可以完全禁用電源,保護被測件。
    在開關電源中, 電源調整器包含多個大功率開關晶體管,它們有可能發生故障。
    但是與線性電源調整設計電路不同,當開關晶體管出現故障時,它不會在干線電壓與輸出端子之間創建直通的電流路徑。因此故障的開關晶體管不太會導致 OVP。
    當 OVP 由于開關調整器中的其他原因而激活時,要求所有開關功率晶體管關閉,以防任何電流流到輸出端。因此,輸出上無需放置 SCR 來增加過電壓保護。
    幾十年前,當我們還在惠普年代時, OVP 就初次開始在我們的電源上使用。 從那時起,OVP 最為電源的基本設置,便被固定下來。我們內部將其設置為可能比電源的最大額定輸出高 10% 或 20%。
    后來,我們為電源用戶提供了新的功能,使他們可以通過前面板的一個小孔, 通過調整電位計,輕松自如地控制 OVP 設置(參見下圖2)。
    OVP 的可調范圍通常大約為電源最大額定輸出電壓的 20% 至 120%。 此特性一問世,便作為附加選件配備給某些型號的電源。再后來,前面板上可手動調節的 OVP 開始成為大部分高性能電源的標準配置。
    隨著電子技術的進步,OVP 調節功能進一步整合到電源中,通過 DAC 進行控制。用戶可按下前面板按鈕, 或通過 GPIB 等接口來調節 OVP(參見下圖3)。
    目前,OVP 已成為幾乎所有電源都必不可少的基本功能,可以輕易手動或自動設置,并且可以經過校準以便改善總體精度。
    過壓保護 過流保護
    對于一個幾十瓦到幾十千瓦功率的電源來講,其安全保護特性就像是它的剎車系統。過流保護在電源的使用過程中,可以保護那些對過高電流非常敏感的被測件,防止大電流造成損壞。
    過流保護 OCP
    與過壓保護一樣,過流保護 OCP 也同等重要。 這一特性已經成為程控電源,特別是高性能測試電源的一個標準配置的性能。
    實際上,在高性能電源中,還有一個電流管理的功能,就是電流限制 (Current Limiting)。過流保護和電流限制并不是彼此孤立的,在實際工作中,OCP和電流限制是配合工作的。
    電流限制就是通過設定電源輸出的最大電流值, 將被測件可以輸入的最大電流限制到安全水平,保護那些對過高電流非常敏感的被測件,防止大電流造成損壞。
    限流工作模式實際上也有幾種不同的方案,這取決于被測件一旦出現過載后, 在安全方面需要保護的程度。
    通常情況下,一旦出現過流,電源就立刻會把電流限制在恒流。 但有些時候并不是這樣,這需要根據被測件的要求來決定。
    例如,有些被測件在啟動過程中有遠超出正常工作電流的啟動電路,在短時間內,這個較大的啟動電流不會對被測件產生破壞。
    如果這是立即啟動電流限制,被測件就無法正常啟動。這就需要將限流的啟動時間設定一個延遲。 在高性能電源中, 這是可以通過編程實現的。
    通過將電流限制到設定最大電流值,可以對被測件提供充分的保護,使其不會在遇到過大電流時受到損壞。
    當在電流限制狀態時,如果過載消失,那么電源會自動恢復到恒電壓(CV)工作狀態。不過,對于某些極易受過載影響的被測件來說,僅僅進行電流限制可能是不夠的。
    在這種情況下,可以將過流保護(OCP)與電流限制結合使用。在OCP啟動后,當直流電源進入電流限制狀態時,OCP 會在指定時延后, 接管對直流電源的控制,關閉直流電源的輸出。
    工程師可以通過編程控制時延。這樣, 在遇到不會對被測件造成損壞的短時間峰值電流,以及其他可接受的短時過載,OCP不會立即啟動,關閉直流電源輸出。 
    OCP 與過電壓保護(OVP)的相同點是,在OCP啟動而關閉電源輸出后,需要執行輸出保護清除(Output Protect Clear),以使電源復位,重新啟用其輸出。
    不同點是,OCP 可以啟動和關閉, 默認設置通常是關閉;而 OVP 通常始終是啟用的,不能關閉。
    下圖為典型的 OCP 事件。
    過壓保護 過流保護
    過流保護 OCP 的工作原理
    當在測試臺上或生產測試系統中給被測件供電時,總是必須提供足夠的安全防護,防止被測件和測試設備意外受損。
    除了過電流保護(OCP)之外,系統直流電源還提供了許多其他特性,幫助您預防對過載極其敏感的被測件在測試過程中受到損壞!
    一般性能優良的電源,OVP響應時間是幾十個微妙,所以可以有效的保護被測件,同樣的是德很多電源有 OCP 的功能,即過流保護。當負載短路或者負載電流超過設定值時,對電源本身提供保護。
    當然有些電源應用是說當客戶使用 OCP 功能時,電源一上電就會有瞬間的浪涌電流導致電源保護關斷,如果客戶可以接受這個電流,是德科技有些電源這樣的功能就是說可以通過設置 OCP 響應延遲,允許浪涌電流而不進行保護。
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