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什么是过压保护(OVP) 和过流保护(OCP)?

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发布时间:2022-07-22人气:

过压保护 OVP

过压保护OVP是电压的一个极其重要的特性,旨在防止电源向敏感器件输入过高的电压。如果电源输出端子上的电压超过OVP设置,电源输出将被关闭,从而保护设备免受过高电压的损坏。一旦打开电源,OVP就一直在工作,你无法关掉它。如果不想激活,就设置为最大功率输出的电压值。

过压可能由多种原因引起,包括:


1.操作人员的人为失误:操作人员可能设置的电压值不正确,超过了预定值,即被测零件所能承受的最高电压。


2.内部电路故障:电源中的电路可能出现故障,导致输出电压超过预定值。


3.外部电源的影响:外部电源(如其他电源或与输出并联的电池)可能会产生高于预定值的电压。

一些OVP设计的电源在输出端包括可控硅整流器(SCR  ),当检测到过压情况时,它可以快速启动,并立即短路输出,以防止输出电压达到并保持在高电压值。SCR电路有时俗称撬棍电路,因为它的作用就像是在过压的瞬间撬棍一大块金属到电源的输出端,使输出端短路,从而保护DUT不受过压。不同电源对过压的响应时间也大不相同。例如,N6700系列模块化电源设计的保护响应时间为50微秒,而E3600系列基本台式机电源的响应时间为数百微秒至3毫秒.


在传统的线性电源设计中,当过压情况发生时,电源输出端的SCR会启动。图1是线性电源的工作框图,图中的第四个组件是串联传输晶体管。这个晶体管工作在线性区,这也是“线性电源”这个名字的由来。

什么是过压保护(OVP) 和过流保护(OCP)?(图1)

线性电源在工作过程中,一旦发生过压,如果串联的直通晶体管未能成功短路,电源内部未调整的电压将完全传递到输出端。这个电压会高于电源的最大额定电压,很可能会损坏被测零件。当OVP被激活时,一个信号被发送来关闭串联旁路晶体管。但是,如果晶体管没有短路成功,关断信号将失去作用。此时,保护被测部件的唯一方法是触发输出端的可控硅,使输出短路。当然,SCR电路设计有足够的容量来应对过大的电压和短路后的后续电流。如果晶体管未能短路成功,触发可控硅短路,电源交流输入线的保险丝有时会熔断,可以完全使电源失效,保护被测部分。


在开关电源中,功率调节器包含许多大功率开关晶体管,这些晶体管可能会出现故障。但是,与线性电源调节设计电路不同,当开关晶体管出现故障时,它不会在主电压和输出端之间创建直流路径。因此,失效的开关晶体管不太可能引起OVP。当开关调节器中的OVP由于其他原因被激活时,所有开关功率晶体管都需要被关断,以防止任何电流流向输出端。因此,无需在输出端放置SCR来增强过压保护。

几十年前,当我们还在惠普年代时, OVP 就初次开始在我们的电源上使用。 从那时起,OVP 最为电源的基本设置,便被固定下来。 我们内部将其设置为可能比电源的最大额定输出高 10% 或 20%。后来,我们为电源用户提供了新的功能,使他们可以通过前面板的一个小孔, 通过调整电位计,轻松自如地控制 OVP 设置(参见下图2)。

OVP 的可调范围通常大约为电源最大额定输出电压的 20% 至 120%。 此特性一问世,便作为附加选件配备给某些型号的电源。再后来,前面板上可手动调节的 OVP 开始成为大部分高性能电源的标准配置。 随着电子技术的进步,OVP 调节功能进一步整合到电源中,通过 DAC 进行控制。用户可按下前面板按钮, 或通过 GPIB 等接口来调节 OVP(参见下图3)。

目前,OVP 已成为几乎所有电源都必不可少的基本功能,可以轻易手动或自动设置,并且可以经过校准以便改善总体精度。

什么是过压保护(OVP) 和过流保护(OCP)?(图2)

对于一个几十瓦到几十千瓦功率的电源来讲,其安全保护特性就像是它的刹车系统。过流保护在电源的使用过程中,可以保护那些对过高电流非常敏感的被测件,防止大电流造成损坏。

过流保护 OCP

与过压保护一样,过流保护OCP同样重要。这一特性已成为程控电源的标准配置,尤其适用于高性能测试电源。其实在高性能电源中,还有一个电流管理的功能,就是限流。过流保护和电流限制不是相互隔离的。在实践中,OCP和电流限制一起工作。


限流是通过设定电源输出的最大电流,将被测零件能够输入的最大电流限制在安全水平,从而保护那些对过大电流非常敏感的被测零件,防止大电流造成的损坏。实际上,限流模式有几种不同的方案,取决于被测部件一旦过载后的安全保护程度。通常,一旦出现过流,电源会立即将电流限制为恒定电流。但有时并非如此,这需要根据被测零件的要求来确定。比如某些被测零件在启动过程中有一个远远超出正常工作电流的启动电路,这个较大的启动电流短时间内不会损坏被测零件。如果这是立即启动电流限制,被测部件不能正常启动。因此,有必要将限流的开始时间设置为延迟。在高性能电源中,这可以通过编程来实现。

通过将电流限制到设定最大电流值,可以对被测件提供充分的保护,使其不会在遇到过大电流时受到损坏。当在电流限制状态时,如果过载消失,那么电源会自动恢复到恒电压(CV)工作状态。不过,对于某些极易受过载影响的被测件来说,仅仅进行电流限制可能是不够的。在这种情况下,可以将过流保护(OCP)与电流限制结合使用。在OCP启动后,当直流电源进入电流限制状态时,OCP 会在指定时延后, 接管对直流电源的控制,关闭直流电源的输出。工程师可以通过编程控制时延。这样, 在遇到不会对被测件造成损坏的短时间峰值电流,以及其他可接受的短时过载,OCP不会立即启动,关闭直流电源输出。 OCP 与过电压保护(OVP)的相同点是,在OCP启动而关闭电源输出后,需要执行输出保护清除(Output Protect Clear),以使电源复位,重新启用其输出。不同点是,OCP 可以启动和关闭, 默认设置通常是关闭;而 OVP 通常始终是启用的,不能关闭。

下图为典型的 OCP 事件。

什么是过压保护(OVP) 和过流保护(OCP)?(图3)

过流保护 OCP 的工作原理


当在测试台上或生产测试系统中给被测件供电时,总是必须提供足够的安全防护,防止被测件和测试设备意外受损。除了过电流保护(OCP)之外,系统直流电源还提供了许多其他特性,帮助您预防对过载极其敏感的被测件在测试过程中受到损坏!

一般性能优良的电源,OVP响应时间是几十个微妙,所以可以有效的保护被测件,同样的是德很多电源有 OCP 的功能,即过流保护。当负载短路或者负载电流超过设定值时,对电源本身提供保护。当然有些电源应用是说当客户使用 OCP 功能时,电源一上电就会有瞬间的浪涌电流导致电源保护关断,如果客户可以接受这个电流,是德科技有些电源这样的功能就是说可以通过设置 OCP 响应延迟,允许浪涌电流而不进行保护。

如何使用电源 OCP 延时功能?

现在很多高性能电源都有 OCP 功能,也就是过流保护功能,这个功能与电流极限设置值有关系,也就是说如果开启过流保护功能,当负载吸收的电流大于电流限值的时候,尽可能快的关闭输出来保护被测件。所以,这样说来我们总是希望过流保护响应的时间越快越好。

实际应用的过程中,电源可以允许 OCP 设置延时时间,也就是说当 OCP 保护电路被触发时,允许延时一段时间再关闭输出。比如 N6700C 系列电源

什么是过压保护(OVP) 和过流保护(OCP)?(图4)

这是为什么呢,这似乎与之前所说有冲突。

其实,设置 OCP 延时时间主要为了避免错误的保护电路触发。误触发的原因也有很多,比如当负载电路或者夹有电容时,一开始上电会产生浪涌电流,在这种情况下,可以设置延时时间来防止 OCP 误触发。


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