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Back to top過電壓保護功能介紹
近年來高可靠度的觀念越來越重要，因此預防電源轉換器受災難性的故障，設計保護電路成為必要的措施，其中之一是防止輸出電壓高於安全臨界值，也就是過電壓保護。
本文介紹電源轉換器如何實現過電壓保護，並分別介紹內部和外部保護方式，最後實驗結果證實電源轉換器的過電壓保護的重要性。
緒論
假設輸入電源多次受到大電壓突波干擾，例如雷電所產生的突波；另一種是由電子電路的電感性開關開啟與關閉大功率設備時，開關期間造成的突波，此突波電壓疊加在原有額定電壓上，如圖1所示。
轉換器的輸入源承受突波頻繁影響，以致內部零件受損或快速老化而影響轉換器效能，導致防突波功能下降。輸出電壓超過限制值且持續一段時間，會帶來能量累加，進而毀損後端電路，甚至導致設備爆炸。因此，建議所有電源轉換器要加上過電壓保護設計，以防止大電壓造成的危害。
過電壓保護實現方式
過電壓保護通常是指電源轉換器輸出電壓過高時，透過特定電路來保護電源轉換器。此方式可以分成內部和外部的保護，首先內部保護動分作為偵測輸出電壓、判定出電壓夠大，然後箝位輸出電壓。要完成這三項動作，最簡易的概念是利用一個高精準比較器、電阻、雙極性電晶體、稽納二極體，如圖2所示。轉換器內部控制迴路有過電壓保護箝位電路，當輸出電壓失控上升時，透過負迴授控制偵測輸出電壓且自動開啟箝位動作。
若本身轉換器無過電壓保護功能，可以利用外部保護電路-稽納二極體，將陽極接到轉換器負端；陰極接到轉換器正端。設計上必須評估稽納二極體的逆向稽納電壓值，它會影響箝位電壓位準。假設稽納電壓過低，轉換器輸出電壓很容易被箝位住，沒辦法透過內部回授控制以及外部電阻調整輸出電壓；反之假設稽納電壓過高，轉換器輸出電壓箝位在太高的電壓，造成電壓差過大而發生危險。
因此，稽納電壓必須略高於可調輸出電壓範圍的上限值，如此一來既不影響轉換器效能也有保護作用。
實驗結果
圖4為內部過電壓保護電路量測環境，選用一個有過電壓保護功能的電源轉換器，輸入電源使用電池或電源供應器均可行；電源轉換器輸出端強迫接到另一台電源供應器接頭，由此電源供應器強加一個高電壓來做模擬突波發生的情況，此外輸出端外接濾波電容，這個電容的目的是抑制雜訊，所以電容值通常不會太高，大約在0.1µF~1µF左右。量測方式是使用電壓探棒量測輸出電容兩側，並透過示波器顯示輸出電壓的波形。
實驗過程中輸入電壓與負載電流保持不變，電源供應器瞬間供電20V高電壓於輸出端，再觀察輸出電壓箝位過程的波形曲線。
下表為此實驗選用的直流-直流電源轉換器規格.
| Package | 1x1” |
| Input voltage | 9~36V, Nom. 24V |
| Output voltage | 12V |
| Overvoltage protection(typ.) | 15V |
| Efficiency (typ.) | 90% |
圖5為電源轉換器輸出電壓波形圖，轉換器從關閉狀態到正常運作狀態，再進入箝位保護狀態。當強加輸出電壓達到17.5V時，進入箝位保護，而且輸出電壓固定於17.5V，不會受到突波而處於不確定狀態電壓值。
另一種外部保護電路量測環境如圖6，首先拿一個沒有過電壓保護功能的轉換器。
下表為此實驗選用的直流-直流電源轉換器規格.
| Package | 1x1” |
| Input voltage | 9~36V, Nom. 24V |
| Output voltage | 15V |
| Overvoltage protection(typ.) | N/A |
| Efficiency (typ.) | 89% |
輸出端外接一個稽納二極體，陽極接到轉換器負端；陰極接到轉換器正端。此轉換器輸出電壓最大值為16.5V，因此挑選稽納電壓18V。電源供應器相同地瞬間供電20V高電壓於輸出端，觀察輸出電壓是否能箝位在稽納電壓位準。
電源轉換器輸出波形圖為圖7，當轉換器處在正常操作狀態時，對輸出端強加高電壓使稽納二極體進入崩潰區且輸出電壓箝位在稽納電壓。
結論
電源轉換器在不同的應用下，必須以安全為優先考量。不論是內部或外部的過保護電路，箝位電壓值與稽納二極體的選用息息相關，因此設計上須選用適當的零件才獲得更實質的保護力。
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