过流保护的讲解

过流保护对电源来说是一种标配了，可以说所以的电源都会有过流保护功能，过流保护可以分为关断保护与限流保护两种。

关断保护是，当过载后，电路检测到电源过流了，电源芯片停止PWM，过流故障解除后也不会重新恢复正常。

限流型由于其具有电流下垂特性，故障解除后开关电源能自动恢复工作，因此现在应用比较广泛。现在很多芯片有两个检测点，第一检测点检测电流过流后关断当前PWM，当过流恢解除后，PWM恢复正常，当到第二检测点触发后，芯片PWM停止并锁死，必须AC断电才能重启。

限流型电源检测来说，大多时候我们是在MOSFET下串联一个功率电阻，然后用RC滤波后给芯片过流检测点。图1中的R2就是限流电阻，R5与C4组成RC滤波器

R2的电阻在选择的时候需要注意几个事项

1、限流电阻R2的阻值

2、限流电阻的功率选择

3、限流电阻的材质

限流电阻的阻值选择，要根据原边最大峰值电流Ipk与CS脚检测的过流电压来

一般电阻上的最大电压取CS过流保护点电压的

70%，然后根据设定的电压与电流计算出来阻值

我们知道阻值后，根据原边有效值电流可以计算出实际每个周期的功率，根据实际功耗去选取电阻所需要的功率，选取的功率是实际功率的3-4倍

限流电阻选阻值与功率选取好后，就需要选取材质了，限流电阻可以用插件也可以用贴片，用插件电阻时候需要注意不能用有感电阻，这是特别需要注意的地方

这颗电阻选取一个要求精度1%，并且是无感电阻。

如果用了有感电阻会出现什么情况我们来分析下

首先当驱动为高电平的时候，假设G对地有一个12v的电压，当MOS管开通的时候，因为di/dt比较大，有感电阻的电感可能出现上正下负的电压，这个时候GS点电压就小于12V，

当驱动为低电平的时候，G对地是0V电压，MOS管关断，这时候寄生电感出现了上负下正的电压，因为MOS管关断，没有电流流过，那限流电阻的电压是0V，那么S极就出现了一个负压，而G极是0V，那GS间的电压与寄生电感上的电压幅值一样，如果寄生电感大的话，有可能出现二次开通现象。所以选取电阻时需要选取无感电阻。

限流电阻连接一个RC到芯片，这一个RC的作用是用来滤波作用的，现在很多的芯片都会有一个前沿消隐功能，但是前沿消隐的时间不一定足够所以还是有加了RC，我们可以看下面的图，限流电阻上的电压波形有一个很大的震荡，有时候这个震荡的尖峰会超过我们的限流电压，但是这是寄生参数引起的，一般很难控制，加RC滤波后，到B点的波形就没有了这一个震荡，被RC滤除了。RC的是根据截止频率来设计得，一般是开关频率的10-30倍，如果是60kHz的开关频率时，我们会选择1k电阻与100pF电容，大概的截止频率1591kHz。

前沿消隐是芯片的功能

这一个功能就是芯片在发出驱动波形MOS管开通后，一段时间不去检测是否过流，这个时间大概是200-300nS，不同的芯片有所不同。 

随功率的增大，原边的MOS管的电流也会变大，那么我们的限流电阻上的损耗就会增加，当达到一定值后，限流电阻需要选取非常小的电阻值，可能这一电阻值小到PCB上的走线的寄生电阻都会在这一阻值上占一定比例，这时电阻就不好去选取了。这个时候就不再选用限流电阻，而改用的互感器来做限流，互感器本身就是一个磁性器件，通常是1:100的比例，它是有电感量的， 我们前面分析过MOS管串联电阻的时候，电阻不能用有感的，现在互感器本身就是一个电感，那么我们就需要改变接法了，如下图所示。

互感器应用的时候就需要注意了，他的应用是不能与MOS管S极连接，一般都是连接到D极，原因与接了有感电阻是一样的道理。

开关电源调试的这些步骤，你有没有漏的？

开关电源调试一般分为下面的四个主要的步骤：

一、先检查，

二、再上电调试

三、测试每个功能

四、测试整体性能

1、 检查，我们都知道拿到一个装好器件的PCB板时候，我们先要目检下

首先是检测个器件是不是装错了，

二极管、电解电容、MOS管、电感等有没有装反，光耦、芯片有没有错，脚位是不是对，

2、  目测下PCB上面的插件器件有没有挤在一起，是不是需要加强绝缘，然后查看实物与丝印有没有不符的等现象，贴片器件有没有实物与封装不一致，位号的丝印是不是也会出现看不清楚，字体大小不符合要求等，有没有被遮挡，对于二极管、电解电容的正负极是否能清楚的识别。

3、  检测输入输出的端子或线材有没有装反，特别是线材是不是要求的规格与长度，颜色是不是与客户要求的一样，

4、  检测PCB上没有装的元器件，记录下来后再与原理图对比一下，看是不需要装的器件还是需要装的，如果是需要装的，那就要检测下为什么没有装上，是制作的过程中漏了，还是BOM漏了，要是制作过程中出的错要去查下为什么会这样，避免下次再出现这样的想象，如果是BOM里面漏了的需要补上去，检查完这些后，再查看底层的器件有没有虚焊，搭焊、假焊等现象。

这一个过程一定要认真检测，有些产品虚焊很难查出来，导致上的就炸机，这是不能原谅的低级错误。

5、  万用表检测下输入端口是不是短路，输出端口有没有短路，如果有短路需要排查清楚，然后再用万用表测试下MOS管的DS是不是正常。二极管的正负都用万用表测试下是不是正常。

6、  用电桥测试电感的感量是不是对的，再就检测下变压器的感量，同名端，各绕组之间的匝比对不对当检查完成后，我们就需要上电了。这里说明下，变压器都先不组装在PCB板上，等调试好了一个电源再组装完成其他的变压器，避免在调试的过程中出现要调整变压匝数的时候，需要拆变压器

7、  上电前我们需要清理好调试的桌面，把桌面的杂物与焊渣都要清理干净，我的习惯是PCB下面垫一个黄胶带。如下图所示，这一个黄胶带是绕变压器用的的绝缘胶带，一电般电源工程师都会有，垫在电源下面的原因是在调试的过程中，难免会有焊渣掉到调试台上，出现机器短路现象，特别是贴片层放在下面的时候能更好的避免桌上的焊渣短路。

8、  准备工作做好后，我们就开始上电了，上电前我们需要理清楚先调试哪部分，如果只是一个简单的反激电源，我们可以先调试出芯片周围是不是正常的，我们可以先把驱动电阻拆除。如图上R8，然后把MOS管的GS短接起来。再上输入的电压，电压由最开始的10V开始慢慢的上，如果是输入数字的source可以每次10V的上电，当上到了50V后，可以每50V一次的加，上电的时候看功率仪上面的输入电流是不是正常，每加一档电压停留下，看功率仪上面的电流是不是很小，一般都是mA级别，如果出现了几A的电流肯定是不正常的，需要马上关机检测下哪个元器件温度高，如果有热成像仪是最好的，没有就只能用手去摸，那个元器件最烫手，最烫手的肯定是有问题的。如果上电稳定电流很小说明是正常的，这样我们就可以先看是不是有驱动波形打出来，如果有的话，可以关电，在给一个VCC电压给芯片，然后再上电。这里需要注意，我们用直流源给VCC提供电压的时候，在直流源与VCC之间用一个二极管隔离，避免VCC启动时电压高灌到直流源里面，开机的顺序是先上输入的大电，然后再给VCC的直流电，这样我们就可以检测下其他脚的波形是不是与我们的设计是一样的，如果不一样查看下原因。检测好了芯片功能正常后就可以把驱动电阻还原正常上电了。

9、  当上电输出正常了，我就要查看一些保护功能是不是正常了，比如驱动波形的弥勒效应是否正常，过流电阻上的电压是不否与设计的一样，然后过温度，过压、欠压、实际测试与设计的不符的需要调整，并查明原因，调试到保护功能都正常。

10、 常温下老化测试下温升，这个时候尽量用热成像仪去测试，前面30分钟每5分钟查看下温度，记录下来这个温度的上升趋势，不能太快，如果一切正常，30分钟后每20分钟查看下，这一个过程是3-4个小时，整机的温度就会稳定下来，温度高的需要整改的就整改，改好后就需要测试整机性能。

11、 性能测试，基本的电器性能测试，一般测试输出的纹波，负载调整率，输入调整率，动态负载等，测试完成后就是应力

12、 应力的测试需要测试各种条件下的状况，并记录波形，不能有过应力设计，这种测试对于工程师来说是非常的枯燥无味，时间也非常的长，一般一个功率器件就需要一天的时候，这一步有很多的工程师是草草了事，一般是1天就完成了，其实这是对自己的产品不负责任。应力测试完成后，就是组装其他机器，测试电性能是否一致性。

13、 所以机器都调试完成后就是EMC与EMS的进行，这又是一个非常耗时间的过程，不知道其他工程师怎么样，反正我感觉是这样的，在调试这一个过程的时候可以去高温里面测试功率器件的温升。当上面的事情做完后，对于工程师来说完成了一段落，后面就是送测试部门测试。

开关电源的各种保护

开关电源输出过压保护电路有有通过控制自身电源来调节的，也有防止外部电压过高带来的电源损伤，自身调节一般是指，过压电路是在反馈环路出现问题的时候，控制输出电压不至于太高，或者是关闭开关电源控制，来避免输出电解电容与后级的用电设备损坏。那我们就要知道当过压了，是限制电压不要超过一个电压还是要求关闭电源。只有知道了要求后，那么就根据要求来设计电路。

图1是输出保护电路的一种，这种电路应用非常多，他是用TL431与光耦的搭配，靠光耦的导通来控制原边的控制芯片停机，实现过于保护，的他的好处是过压保护电压精度高，一般应用到后级需要严格控制电源的电源。他的成本是比较高的。

图2也是一种输出保护电路，这种电路就是在上一个电路的基础上进行了变动，原理是本来利用TL431来检测输出电压的电路改成了一个稳压管，稳压管的精度是没有TL431高的，但是价格比TL431便宜，这也就是他的优势，缺点是他的精度不高，对于这种电路一般应用在没有要求具体多少电压过压的电源，就是在出现过压的时候起到一个保护电解电容的作用，不至于电解电容坏。

上面的两种方法，我们一直看到有一个光耦的存在，这是应为我们的电源是隔离的原因，但是光耦的价格也是不便宜的。

如果不需要过压精度很高，那么我们是不是可以想办法吧光耦去除，而且是能检测输出电压的办法，是不是最好了，

那有什么好的办法了，隔离不用光耦，我们是不是就想到用互感器等磁芯器件，但是这又违背了价格便宜的问题，最好是在不增加其他器件的基础上就能实现过压保护功能。

隔离电源我们都会有一个隔离变压器，这是每一个开关电源都有的，那么我们是不是可以利用这一个开关变压器来实现，我们知道电源是有VCC绕组，我们能不能用VCC绕组来实现过压保护了，肯定是可以的，只是精度与一致性不好，但是价格便宜，如果在你的接受范围内的话，是不是很好。那么就有了下面的电路图，下面Latch脚是芯片检测过压的脚。

上面的三种电路都是对于电源自身反馈环路有问题的时才有作用，那要是输出电压被外电压强制提高怎么办了,很多的时候就想到了，看下面的图，是不是增加了一个TVS，这一个TVS只能够钳位过压非常断的时间，要是长时间的，可能会坏，但是他的价格便宜。   

为了防止过压时间长，我可以通过下面的电路来防止电源被外电压过压损坏，这一个电路的作用就把输出电压与外界电压用二极管隔离开，我们可以给外部供电，但是外部电进不来，但是带来其他的问题，二极管上面是有正向压降的，通过一定电路后会有损耗，通常VF与电流温度有关，那么输出电压精度不高。为了解决和一个问题，很多时候用MOS管替代，用MOS替代就带来了一堆的驱动电路，这样增加了电路的复杂性也增加了成本。如果于与输出电流不大，要求精度不高的可以就用二极管。

线性调整器

线性调整器又称为串联型调整器。

他的特点就是能从交流的输入电压获得一个可调整的直流输出电压，输入交流是一个变化的电压主要是通过一个整流滤波后得到一个直流电压然后再经过线性调整得到一个稳定的直流。

线性调整是通过整流后的电压与输出之间串联晶体管来实现的，而且这种串联晶体管工作在电压电流特性曲线的放大区域，其工作特性类似与可变电阻，调整管上面实际承受了被降低的多余的或过剩的那部分电压。这一个电压是随输入或输出的变化而变化的，这也就是为什么晶体管可以等效为是一个可变电阻。

如需要做一个不隔离的线性电源可以通过整流滤波然后再通过调整管来实现，如上面的图，这里面调整管的压降就是Va-Vo，为了保证我们的Vo可以得到一个稳定的电压，就需要考虑输入电压的变化范围，Va的电压在最低的时候都要保证Va＞VO，如果我们的输入电压是220V±20%，那么我们的输入范围最低是AC176V,整流后电容上面可以得到一个峰值电压，但是输入电容上面会有一个纹波电压，这是我们需要考虑的，如果输入电容上面的纹波电压是50V，那么最小的输入电压是176*1.414-50=198V,这也就是说输出电压Vo是不能＞198V，设计的时候就需要考虑了，假设输出电压是180V，如果输入电压要是在AC264V，那么调整管上面的最大压差就是264*1.414-180=193V，如果输出负载电流是I，在最大输入电压的时候，效率就是180*I/（264*1.414*I）*100%=48%，效率是比较低的，如果输出电压小于180V，效率会更低。为了解决比较低的输出电压，我们可以通过一个工频变压器来实现变压。如下面的图，通过变压器的匝比来实现电压调整。

从上面的图我们可以看到我们的输出电压是靠一个低频的变压器把输入的交流电压变压后再通过二极

管整流，这里用了半波整流，也可以用全波整流或者整流桥整流都是可以的，然后可以得到一个随输入电压变化的直流输出电压Va。那么我们的输出电压Vo需要一个稳定的直流。

输出电压一定要小于整流后Va的最小电压，那么Va电压是随输入电压变化而变化的，一般我们的交流输入电压AC220V有±20%变化的，那么我的变压器次级整流后的电压也是有一个±20%，当输入电压在最高的时候，Va点的电压也是最高，而我们的输出电压是不变的，那么我们的调整管的电压就是Va-Vo，Vo电压是小于最小Va电压，那么Vamin>Vo，从上面的公式里面我可以看到输入最大的时候整机效率要＜66%，这里还没有计算变压器的效率，从整体来看的话效率是比较低的。因为输出与调整管是串联，随输出电流的增大，调整管上面的损耗就增大.

从上面的两个图来看，我的线性电源效率是非常低的，但是它有自身的优点。

优点是结构相对简单，没有高频的开关整流器，设计电路简单，输出纹波小，高频干扰小，没有开关电源前面的EMI电路，整体电路简单，简单的电路带来最大的好处是便于维修，叠加在输出直流的纹波电压非常的小，也就是说输出的直流纯度非常的高，这也正是直流电源的重要标志。所以有要求纹波精度比较小的地方还是在用线性电源，

缺点：因为没有高频的开关整流器，变压器工作在50Hz的工频下，频率比较低，变压每个周期里面需要提供的能量比较多，导致变压器的就需要非常的大，输出的滤波电容也比较大，效率比较低，整个损耗基本都在输出调整管上，因为调整管是工作在线性区域的，调整管上面有一定的压降，随输出电流的增加，调整管上面的损耗也增加，调整管上面消耗功率非常的大，所以调整管上需要加很大的散热器。整个电源的体积非常大，并且非常笨重，不利于便携。

在电子产品不断更新换代的过程中，线性电源将逐步被高速的开关电源所取代。

但是现在有很多低成本的LED室内灯都在用线性电源来做。其原理与我们的第一个不隔离的图一样，只是负载是灯珠。

降压电路的演变

Buck电路是一个降压电路，

如果给定一个稳定的输入电压Vin，需要得到一个Vo的电压，Vin＞Vo，首先想到的是电阻分压。如下面的图，我们可以得到一个非常稳定的Vo

如果整个电路作为电源让输出电压Vo需要带载的话，比如加一个RL的负载，如果RL是一个变化的负载，那么输出电压Vo也是一个随负载RL变化而变化的电压，这样就不能得到一个稳定的直流电压Vo。

为了得到一个稳定的Vo电压，可以根据RL的变化来调控R1的大小，可以把R1固定电阻变成一个可变电阻，比如用一个电位器。如果RL变大，电位器的电阻也变大如果RL变小那么电位器的电阻变小，那么电位器电阻的变大变小是需要人来操作，为了方便，需要去找一个器件来替代这一个电位器，并且能随负载变化而变化阻值的，根据电子器件的特性，想到了三极管，让三极管工作在线性状态。

当我们增加了三极管后，RL的电流增加的时候，Vo电压下降的时候会引起三角管的be的压差变大，基级电流的变大，三极管工作在放电区域，基极电流增加引起的集电极电流增加，当集电极电流变大的使RL上的电压变大，这样就实现了一个稳定的Vo，但是这一个电路有一个非常明显的缺点就是输入电压变大的时候，三极管的基极电压会变高，会导致集电极电流变大，负载RL不变，通过的电流变大那么输出电压变大，如果输入电压变小的时候，同样输出电压变低，就是输出电压随输入电压变化而变化。

上面的图是有随输入电压的变化而变化，为了解决这问题，我们只要三极管的基极电压稳定后，输出电压就可以不随输入的变化而变化了，那可以把基极电压上面加稳压管，这样我们就能得到一个稳定的输出。如下图就是一个线性电源LDO，这个电源是通过调Q1的阻值来实现Vo的稳定，Vo电压稳定了，但是当Q1是与RL是一个串联，输出功率是Vo*I的时候，我的Q1上的功率是（Vin-Vo）*I，当输出电压与输入电压相差比较大的时候，效率是非常低。

为了解决效率非常低的问题，我们想到了如果让Q1工作在开关区域，当把Q1变成开关的时候，我们通过控制开关Q1的开通时间，但输出的电压是一个高地电平的脉冲电压，需要得到一个稳定的电压，是不是可以通过电容滤波来实现。

为了把输出的脉冲电压滤平整就需要增加电容C1，这样就可以实现Vo电压稳定，通过控制每个周期Ton值就行了，Vin*I*D=Vo*i,虽然是得到了一个稳定的Vo，但是开关管在打开的时候，输入给C1冲电的时，因没有限流电阻，这样会导致开关打开的时候，冲击电流比较大，对开关管的影响非常大，容易损耗，为了解决这样个问题，我们可以通过增加限流器件来保护开关，如果增加电阻来限流的话，是不是又回到了损耗增加，那就需要增加既能限流又能不增加损耗的器件，这时电感就能满足要求。

为了限流的同时又不增加损耗，我们可以通过增加电感来限流，如下图所示，当增加了L1电感后，当开关关断的时候，电感上就没有续流回路，会导致开关拉弧等现象出现，为了解决开关关断后电感有续流回路需要增加一个二极管来实现续流。

增加了续流二极管后，我们的buck电路基本就成型了，只是这个时候，我们可以把机械开关改成MOS管就可以了，这就能得到我们的buck电路。