一文读懂开关电源常见的保护方式

发布时间：2025-07-21 16:08
作者：AMEYA360
来源：开关电源
阅读量：197

　　开关电源作为供电设备，除了性能要满足负载的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过电流/过负载保护、过电压保护、过温保护、短路保护等。一旦负载出现故障时，电源必须关闭其输出电压，才能保护设备、电路系统等不被烧毁，否则可能引起设备的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象，因此，开关电源的保护功能一定要完善。

　　常见的保护功能有：过电流/过负载保护、过电压保护、过温度保护、短路保护

　　1、开关电源常见的保护方式—过电流/过负载保护

　　过电流/过负载保护是指电源输出电流超出额定电流时，保护电路动作，使输出功率降低或切断。过电流保护有多种形式，如下图所示，可分为折叠限流，即フ字型;恒流限制;恒功率限制。

一文读懂开关电源常见的保护方式

　　2、开关电源常见的保护方式—过电压保护

　　过电压保护指在开关电源输出电压异常的状况下，高于设定规格允许值，发生保护动作，避免损害负载端零件。

　　保护动作为：

　　(1)自动关机，待异常解除后需将S.P.S.重新开机才能使用。

　　(2)输出 PULSE BY PULSE，异常解除后S.P.S.会自动恢复正常输出。

　　过电压保护线路大致分为两种：

　　(1)利用回授控制将控制 IC 关闭

　　(2)采用"Crowbar"回路，将输出短路，形同短路保护模式

　　3、开关电源常见的保护方式—过温度保护

　　过温度保护是为避免因环温过高，过载或电源供应器异常时(例如风扇损坏)，造成内部温升过高，而损害电源内部零件或减低电源寿命。过温度保护时，需先排除故障原因，待内部温度降低后(一般需几分钟至几十分钟)自动回复或重新开机。

　　4、开关电源常见的保护方式—短路保护

　　当电源负载端短路时，为避免损坏电源，电源会自行保护并切断输出，当异常状态消除后，电源会自动回复并继续正常输出。


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2025-07-08 15:50 阅读量：264
开关电源电路的工作过程分析
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　　开关电源(简称SMPS)因其高效率、小体积和轻重量等优点，广泛应用于各种电子设备中。相比传统的线性电源，开关电源通过控制开关器件的通断实现能量转换和调节，具有显著的节能效果。　　一、开关电源的基本结构　　开关电源主要由输入滤波、整流、储能(储能元件如电感和电容)、开关器件(如MOSFET、IGBT)、控制电路及输出滤波组成。其核心思想是通过高速开关将直流或交流电源转换成一定频率的脉冲电压，再经过变压和滤波，实现稳定的输出电压。　　二、开关电源的工作过程　　电源整流与滤波　　开关电源通常先将输入的交流市电通过整流桥整流成脉动直流，再经过大容量电解电容滤波，得到直流电压，为后续电路提供稳定的直流电源。　　开关元件的高速开关　　控制电路根据设定的输出电压值，周期性地控制开关元件(如MOSFET)的导通和关断。开关频率通常在几十kHz到几百kHz之间。　　能量储存与传递　　当开关元件导通时，电流流入储能元件(如电感或变压器的初级绕组)，储存磁能。当开关断开时，储存的能量通过二极管和输出滤波器送至负载，保持输出电流的连续稳定。　　输出滤波稳定电压　　输出侧电容器和电感组成低通滤波器，将高频脉冲信号滤掉，输出平滑的直流电压。　　反馈调节　　输出电压通过反馈电路送回控制器，实时监测输出变化，调节开关元件的占空比(导通时间与周期时间之比)，保证输出电压稳定在预定值。　　三、开关电源的特点和优势　　高效率：由于开关元件工作于饱和开关状态，减少能量浪费，效率一般可超过80%。　　体积小重量轻：工作频率高，所用变压器和滤波器尺寸大幅缩小。　　宽输入电压范围：适应不同地区和场合的电源环境。　　输出稳定：精确的反馈控制实现稳定电压输出。　　开关电源通过高速开关控制、能量储存与释放、滤波与反馈调节的协调工作，实现高效稳定的电能转换。掌握其工作过程，有助于设计和优化电源系统，提高电子设备的整体性能和可靠性。
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　　开关电源和变压器的区别　　开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类;按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器;另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。开关电源具有过流、过热、短路等保护功能，电压输入范围宽，输入输出间隔离电压，隔离式的输入输出间隔离电压高。　　变压器就是一种利用电磁感应的原理来变换电压，电流和阻抗的器件。变压器的主要应用于交变电路回路。　　什么是开关电源　　开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。　　开关电源的优缺点　　优点：　　1、效率较高，体积小。由于开关电源的电压控制是利用功率半导体器件的饱和区通过调整它的开通时间或频率达到的，所以就不存在铁损和铜损，元器件的损耗可以忽略不计，比较变压器而言效率较高;由于它只有元器件和电路板，因而体积就会很小，重量也较轻。　　2、电压输入范围宽。一般可达到160V-270之间。　　缺点：　　1、开关电源看着小巧，功率和磁心变压器以及控制方式有关，电磁干扰大，纹波系数大。尤其有音频、视频的范畴内，对电磁干扰非常敏感，在音频表现为音色不纯厚，可能会有丝丝声;在视频表现为，图像可能会有细小的纹波，不细腻。　　2、设计复杂，维护维修不方便。往往越是复杂的设备出现的问题的可能性就越大，而且开关电源一旦出现问题，一般非专业人士是维修不了的，找别人维修，费用又太高，还不如废弃掉。　　3、体积小是开关电源的优点，但设计不好就成为它的缺点了。为了追求更小，一大把元器件挤在一个小壳子里，散热不好，还会出现外壳变形的现象。　　4、开关电源的元器件在选择上也不是很规范。国家有关质检部门检验市场上的开关电源发现，有过半数的不合格，这其中还包括进口开关电源。　　5、最大的一点就是抗雷击能力非常低。在监控系统中，遭遇雷击的可能也非常大，主要表现为从电源串入，直接雷击的可能性非常小。一旦220V的电压突然变高，开关电源在瞬间就被烧毁。前段时间的一个监控系统中，在一个雷过后，监控总闸跳了，再合上闸后，大部分摄像机还正常工作，一部分监视器显示无视频信号。经检查发现，无视频信号的全部都是开关电源(施工时有的地方安装不方便，就用了开关电源)，最后又在摄像机杆上安装上了电源箱，换上了变压器电源。　　什么是变压器　　变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。电路符号常用T当作编号的开头。例：T01, T201等。　　变压器的优缺点　　优点：　　1、线性的看着笨重，功率完全取决于变压器和调整管，效率虽低但是不会引入额外的干扰，也就是说电磁干扰小，纹波系数很低，可忽略不计。对于监控来说，没有比这个优点还要好的了，图像质量的好坏与电源的关系非常大。尤其对于小幅值的模拟信号(音频源和视频源等)对电源的要求非常高，所以一些发烧音响中的电源都采用变压器而不用开关电源。　　2、稳压率高、设计简单，维修维护非常方便，出现故障，稍懂电子的技术人员就能维修，维修成本比开关电源少得多。　　3、抗雷击性能好。由于变压器的结构是两个线圈和铁芯，加在线圈两端的电压不能突变，故对瞬间的高压有很强的抑制性。所以在一次雷击事故中，变压器的电源存活了下来，而开关电源无一例外的烧毁了。　　缺点：　　1、效率低。由于变压器是一个“电——磁——电”的转换过程，避免不了存在铁损和铜损，效率低。　　2、输入范围窄。一般只有200V—240V之间吧，小于这个范围，输出电压不够，大于这个范围，变压器可能就会烧毁。这个电压范围绝大多数的场合是够用的，不必去过多的考虑。再者变压器体积较开关电源大，笨重。
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开关电源五大保护功能
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开关电源五大保护功能

　　       开关电源通常具备以下保护功能：　　01过流保护　　功能原理：当输出电流超过设定的安全阈值时，过流保护电路会被触发。这通常是通过检测输出电流大小来实现的，例如在电源输出线路中串联一个小阻值的采样电阻，利用欧姆定律，通过检测采样电阻两端的电压来获取电流信息。一旦检测到过流，电源会采取措施限制电流进一步增大。　　例如，当连接的电子设备内部发生短路故障时，过流保护可以防止过大的电流损坏电源本身和其他正常的电路部分，保护电源和整个电子系统的安全。　　02短路保护　　功能原理：短路保护是过流保护的一种特殊情况，当输出端被直接短接时，输出电流会瞬间急剧增大。此时，短路保护电路会迅速动作，一般会立即切断输出，以避免电源在短路状态下持续大电流输出，从而防止电源内部元件因过热而损坏。在实际应用中，由于线路老化、接口松动或用户误操作等原因，可能会导致输出短路。短路保护能够有效应对这种突发状况，确保电源不会因为短路而损坏。　　03过压保护　　功能原理：过压保护主要是为了防止输出电压超过预定的最大值。电源内部通过电压检测电路实时监测输出电压，当输出电压超出设定范围时，过压保护机制启动。这可能涉及到调整开关电源的占空比(对于脉宽调制型开关电源)来降低输出电压，或者在极端情况下切断输出，以保护连接的负载设备免受过高电压的损害。在一些情况下，如电源内部反馈环路出现故障或外部干扰导致电压调节失控时，输出电压可能会异常升高。过压保护功能可以确保这些设备不会因为过高的电压而损坏。　　04欠压保护　　功能原理：欠压保护是当输入电压或输出电压低于某个设定的下限值时起作用。对于输入欠压保护，它可以防止电源在输入电压过低的情况下继续工作，因为此时电源可能无法正常稳定地输出所需电压，还可能会导致内部元件工作异常。在电网电压波动较大或者电池供电的设备中，输入欠压保护很重要。　　05过热保护　　功能原理：开关电源内部通常会安装温度传感器来监测关键元件(如开关管、变压器等)的温度。当温度超过设定的安全温度阈值时，过热保护电路会启动。这可能会导致电源降低输出功率，以减少元件的发热，或者直接切断电源，直到温度下降到安全范围内。在高负载运行、散热不良或者环境温度过高的情况下，电源内部元件的温度可能会快速上升。如果没有过热保护，元件可能会因为过热而损坏，甚至引发火灾等安全事故。
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