过压保护(OVP) 和过流保护(OCP)
过压保护 OVP
过压保护 OVP 是电压的一个极其重要的特性,旨在防止电源对较为灵敏的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,那么电源输出就会关闭,从而保护器件不会因为电压过高而损坏。
一旦电源被打开,OVP始终是工作的,您不能关闭它。 如果您不想激活它,就应将其设置为电源输出最大值的电压值。
有很多原因会导致过压, 包括:
1. 操作人员人为失误:操作人员可能将电压值设置错误, 超过了预定值, 也就是被测件可承受的最高电压。
2. 内部电路故障:电源中的电路可能发生故障,导致输出电压超过预定值。
3. 外部电源影响:外部电源(例如与输出并联的其它电源或电池), 可能产生高于预定值的电压。
某些电源的 OVP 设计在输出上包括一个可控硅整流器(SCR),它可以在探测到过电压条件时快速启动, 立即将输出短路,以防输出电压达到并停留在一个高电压值上。
SCR 电路有时俗称为“撬棍(crowbar)”电路,因为它的作用就像是在过压一瞬间,把一大块金属撬到电源输出端,让输出端短路,从而保护被测件(DUT)不会接收到过高电压。
不同的电源对过压的反应时间差别也很大。例如,是徳的N6700系列模块化电源,保护响应时间是50微妙,而E3600 系列基础台式电源,响应时间在几百微秒到3ms。
在传统的线性电源设计中,当出现过电压条件时,电源输出端上的 SCR 便会启动。
图1是线性电源的工作框图,图中的第4个部件是串行直通的晶体管调整器(Series Pass Transistor) 。这个晶体管工作在线性区域,这也是“线性电源”名称的由来。
在线性电源工作过程中,一旦出现过压情况,如果该串联直通晶体管没有成功短路, 那么电源内部未经调整电压会完全传输到输出端。
这个电压会高于电源的最大额定电压,很有可能损坏被测件。当 OVP 激活后,会发送一个信号来关闭串联直通晶体管。但如果该晶体管没有成功短路,关闭信号就失去了作用。
这时,保护被测件的唯一途径就是触发输出端上的 SCR,使输出短路。当然,SCR 电路设计有足够大的能力,可以应对过高的电压以及在短路后随之而来的电流。
如果晶体管没有成功短路,而触发 SCR 短路,电源的交流输入线路的保险丝有时会熔断,这可以完全禁用电源,保护被测件。
在开关电源中, 电源调整器包含多个大功率开关晶体管,它们有可能发生故障。
但是与线性电源调整设计电路不同,当开关晶体管出现故障时,它不会在干线电压与输出端子之间创建直通的电流路径。因此故障的开关晶体管不太会导致 OVP。
当 OVP 由于开关调整器中的其他原因而激活时,要求所有开关功率晶体管关闭,以防任何电流流到输出端。因此,输出上无需放置 SCR 来增加过电压保护。
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。
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 也同等重要。 这一特性已经成为程控电源,特别是高性能测试电源的一个标准配置的性能。
实际上,在高性能电源中,还有一个电流管理的功能,就是电流限制 (Current Limiting)。过流保护和电流限制并不是彼此孤立的,在实际工作中,OCP和电流限制是配合工作的。
电流限制就是通过设定电源输出的最大电流值, 将被测件可以输入的最大电流限制到安全水平,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。
限流工作模式实际上也有几种不同的方案,这取决于被测件一旦出现过载后, 在安全方面需要保护的程度。
通常情况下,一旦出现过流,电源就立刻会把电流限制在恒流。 但有些时候并不是这样,这需要根据被测件的要求来决定。
例如,有些被测件在启动过程中有远超出正常工作电流的启动电路,在短时间内,这个较大的启动电流不会对被测件产生破坏。
如果这是立即启动电流限制,被测件就无法正常启动。这就需要将限流的启动时间设定一个延迟。 在高性能电源中, 这是可以通过编程实现的。
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。
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。
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