开关电源输出端反灌电压，是如何产生的？

2023-09-11 09:22:26  信息编号：K20230515635778  浏览次数：823

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，来维持输出电压稳定的一种电源。随着开关电源的应用领域越来越广，如在电池充电设备、电机应用领域等，现有的开关电源的输出端会存在一个高于开关电源输出电压的反灌电压，该反灌电压会导致开关电源的负反馈调节稳压系统中的输出电压的采样值随着开关电源输出端的电压上升而上升，进而导致开关电源开关管的开通时间缩短，甚至关断pwm控制。因此，开关电源的输出端发生电压反灌时，可能会造成开关电源内部的功能电路失效、输出电压精度不良、控制环路保护等异常。

一、输出过压保护功能和倒灌电压差异点说明

为提高开关电源产品的可靠性，开关电源会设计输出过压保护功能，防止产品内部的某个元器件损坏后，导致输出电压升高。而电源后端的负载只能承受一定的电压大小，一旦输出电压升高，会损坏电源后端的负载。为防止此问题发生，开关电源都会设计输出过压保护电路，从而提升系统可靠性工作。

开关电源的输出电压过压保护功能原理如下：

根据上图1原理图所示：输出电压Vo的计算公式如下所示：电阻R1、R2是已知参数，Vref=2.5V

V0=[R1/R2+1]xVref

在电路中，一旦下拉电阻R2短路，根据计算公式知，Vo电压会变为无穷大，一旦输出电压升高到一定值后，则会损坏电源的负载，导致系统烧坏。为防止此问题发生，在电路中增加输出过压保护电路。如图2所示是输出过压保护电路的原理简图之一，其工作原理如下：一旦下拉电阻R2短路，输出电压往上升高，一旦输出电压升高到稳压二极管ZD1的击穿电压后，稳压二极管工作，把输出电压钳位在稳压二极管的击穿电压值，防止输出电压继续上升到无穷大，此时输出电压值被稳压二极管钳位在击穿电压值大小，不会再上升。稳压二极管ZD1的规格参数值选型一般选取大于输出电压值2-3V即可。

图2的过压保护电路适用于输出功率小于75W以下的小功率电源产品中，对于大功率电源产品，输出过压保护电路的设计是控制原边IC的工作，实现输出过压保护。当产品过压保护时，输出电压呈现打嗝输出模式或是直接关断输出电压，防止输出功率过高损坏后级负载系统。由于电路比较复杂，在此不做原理说明。

以上主要介绍开关电源的输出过压保护电路的工作原理和作用。部分客户在使用开关电源时，负载端存在输出电压倒灌现象，损坏开关电源产品或是导致开关电源产品无法正常工作。客户在此情况下就会有疑问：为啥开关电源产品自身有输出过压保护功能，产品还是会损坏？

在此需要特别指出：开关电源的过压保护功能和电源防倒灌电压功能是两种不同的情况，不能混为一谈。开关电源的过压保护功能是电源向外的保护功能，防止外部负载系统损坏；而开关电源的防倒灌能力是指外部电压对开关电源的影响力，避免产品的输出端存在倒灌电压时损坏开关电源，在此需要特别区分这两种情况。以下图3和图4可以很好说明这两种情况的差异点：

二、输出端反灌电压产生的原因

在开关电源中，根据倒灌电压产生的机理，输出端存在反灌电压的原因有如下几种情况：

1、系统在不同的输出电压之间切换时会存在高压电压倒灌到低压电源中，此问题在直流充电桩设备中比较常见；

2、开关电源的负载是感性负载，负载工作时会产生感应电动势，感应电动势生成的电压倒灌到开关电源的输出端；

3、在水电解氢气和氧气的设备中，也存在开关电源的输出端有倒灌电压现象。

三、外灌电压形式的过压保护电路

输出过压保护电路一

在输出端增加一个钳位二极管。

工作原理分析：当输出端反灌电压进入开关电源时，输出端稳压管将导通，防止电压灌入导致电源内部器件损坏，同时缺点相较为明显，稳压管电压钳位时间较短，时间过长容易损坏。

输出过压保护电路二

为解决输出端反灌电压时间较长问题，我们可以采用输出端串联二极管的方式，使得反灌电压无法进入电源内部，只能由电源向外输出，而不能外灌电压进入，但相应的会产生其他问题，因二极管存在导通压降，当输出电路较大时，二极管发热剧增，增大了电源损耗，同时因导通压降原因降低了输出电压精度。

因此该方案只是用于输出电流较小且输出电压精度不高的产品。