一、为什么开关电源必须具备保护机制？

开关电源内部包含高频变压器、功率器件（如MOSFET、IGBT）、反馈控制电路等核心元件，这些器件在异常情况下（如短路、过热、输入异常）极易损坏。

若无有效保护，将可能引起以下问题：

• 电路器件过流烧毁

• 输出电压漂移，损坏负载

• 长时间过热导致系统失效

• 电磁干扰增大

• 引发火灾等严重安全事故

✅ 因此，可靠的保护电路不仅能延长电源寿命，也可提升系统整体安全性和稳定性。

二、开关电源常见的八种保护方式

以下是实际应用中最常见的 8 种保护方式：

1. 过压保护（OVP, Over Voltage Protection）

原理：

当输出电压超过设定阈值（如 110%~130%额定电压），立即触发保护，关闭输出或拉低参考电压。

实现方法：

• Zener 管钳位

• 分压比较器与运放判断

• 专用电压监控芯片（如 TL431 配合光耦）

适用场景：

防止反馈环路失控或采样电阻损坏引起输出升高，保护负载电路。

2. 欠压保护（UVP, Under Voltage Protection）

原理：

当输出电压低于设定阈值（如 70%~90%额定电压）时，系统判断负载异常或反馈失败，关闭电源输出。

实现方法：

• 电压检测电路+比较器

• 软件判断低压持续时间

应用目的：

防止低压导致 MCU 死机、电机无法启动等问题。

3. 过流保护（OCP, Over Current Protection）

原理：

当输出电流超出设定值时限制输出电流或关闭电源，防止电感、MOSFET 或变压器过热。

实现方式：

• 检测电流采样电阻上的电压（Shunt R）

• 电感电流检测

• 内置电流检测芯片（如 UC3842 系列）

两种常见形式：

• 限流（恒流模式工作）

• 关断保护（跳入打嗝模式）

4. 短路保护（SCP, Short Circuit Protection）

原理：

当输出端短路，电流突增，瞬间关闭开关电路，防止MOSFET和变压器过流烧毁。

实现方式：

• 电流检测 >2~3倍额定电流立即关断

• 多次短路尝试后自动重启（hiccup打嗝模式）

特点：

快速响应，配合软启动可自动恢复工作。

5. 过温保护（OTP, Over Temperature Protection）

原理：

当功率器件、控制芯片或变压器温度超过设定值（如 125°C），系统将限制功率或关断输出。

实现方法：

• 热敏电阻（NTC、PTC）检测

• 芯片内部温度传感器（如 LM75、TMP36）

• 软件温度采集与控制

应用场景：

适用于高功率密度、散热空间有限的电源模块。

6. 输入欠压保护（UVLO, Under Voltage Lockout）

原理：

当输入电压低于芯片或系统最低工作电压时，停止工作，防止误动作和锁死。

实现方式：

• 芯片内置 UVLO 阈值（如 10.5V）

• 分压电阻设定启动电压

应用意义：

防止电压波动导致控制逻辑混乱、启动失败。

7. 输入过压保护（OVLO, Over Voltage Lockout）

原理：

当输入电压高于允许范围（如 >60V），立即关断主电路，保护芯片和MOSFET。

实现方法：

• 高压钳位电路（如 TVS、MOSFET）

• 比较器+稳压参考电路

应用场合：

• 工业电源、车载电源等输入波动大的系统

8. 软启动保护（Soft Start）

原理：

在电源启动时，控制输出电压缓慢上升，防止浪涌电流损坏负载。

实现方法：

• 外接电容充电控制占空比

• 软件 PWM 控制缓慢增加

优点：

• 减小启动电流冲击

• 减少 EMI 干扰

三、各类保护方式组合应用的必要性

实际电源设计中，常常不是单一保护方式，而是将多种保护机制组合使用。例如：

• 工业电源通常采用 OVP + OCP + OTP

• 通信基站电源采用 UVLO + OVLO + SCP + 软启动

• LED 驱动电源中则强调 恒流 + OTP + 过压保护

通过综合部署，提升系统抗干扰能力和稳定性。

四、保护电路的设计要点与调试建议

设计要点：

• 检测速度要快：例如短路保护需在μs级响应

• 温度补偿要精准：NTC 电阻应匹配器件热特性

• 保护点设置要合理：OCP 设置过高无意义，过低易误触发

• 注意光耦隔离电压：防止保护信号串扰主控

调试建议：

• 使用电子负载测试保护触发点

• 配合热成像仪检查过温触发温度

• 查看波形判断保护是否存在“抖动”或“误触发”

• 在异常输入下测试 UVLO 与 OVLO 的动作逻辑

五、开关电源保护机制的未来发展趋势

六、结语：保护机制是开关电源的“安全气囊”

开关电源的保护机制，不仅仅是对器件本身的防护，更是系统安全的最后防线。工程师在设计电源时应深入理解各类保护方式的触发逻辑与适用条件，才能真正打造出稳定、安全、高可靠的电源系统。

正确理解与实施保护机制，是设计高品质开关电源的核心能力。