可编程电源在超载（过载）时，内部元件可能因电流过大、温度过高或电压应力超出极限而损坏。为防止此类故障，电源通常采用硬件保护、软件控制、冗余设计等多层防护机制，结合实时监测与快速响应，确保设备安全。以下是具体防护措施及技术原理：
一、硬件级保护：快速切断危险路径
硬件保护是防止元件烧毁的第一道防线，其核心是实时监测关键参数并触发硬件动作，响应时间通常在微秒级。
1. 过流保护（OCP, Over Current Protection）
- 原理：通过电流采样电阻或霍尔传感器实时监测输出电流，当电流超过设定阈值时，硬件电路立即切断输出或限制电流。
- 实现方式：
- 比较器触发：采样电流信号经放大后与参考电压比较，若超过阈值，比较器输出信号驱动MOSFET关断或触发继电器断开。
- 折返限流（Foldback Current Limiting）：当输出电压因过载下降时，动态降低电流限值，避免元件长时间承受高电流（如从10A限流降至2A）。
- 示例：某可编程电源设定OCP阈值为120%额定电流（如10A电源的12A限流），当负载短路或过载时，电流被限制在12A以内，防止功率器件过热。
2. 过压保护（OVP, Over Voltage Protection）
- 原理：监测输出电压，当电压超过安全阈值时，快速切断输出或钳位电压，防止下游设备损坏或电源内部元件击穿。
- 实现方式：
- TVS二极管钳位：在输出端并联瞬态电压抑制二极管（TVS），当电压超过其击穿电压时，TVS导通将电压钳位在安全范围。
- 可控硅（SCR）保护：当检测到过压时，触发SCR导通，形成短路回路迫使熔断器熔断或开关电源关闭。
- 示例：某电源设定OVP阈值为110%额定电压（如24V电源的26.4V保护），若输出因负载断开或反馈故障导致电压飙升，OVP电路在1μs内切断输出。
3. 过温保护（OTP, Over Temperature Protection）
- 原理：通过NTC热敏电阻或数字温度传感器监测功率器件（如MOSFET、变压器）温度，当温度超过阈值时，强制降额或关断输出。
- 实现方式：
- 温度开关：在散热片或功率器件表面贴装温度开关（如KSD9700），当温度达到动作点（如105℃）时，开关断开触发控制电路关断电源。
- 数字温度监测：MCU通过ADC读取温度传感器数据，若温度持续升高，启动风扇加速散热或降低输出功率。
- 示例：某电源在变压器温度达到120℃时，自动降低输出功率至50%，若温度继续上升至140℃，则完全关断输出。
二、软件级控制：智能决策与动态调整
软件保护通过算法分析实时数据，实现更灵活的防护策略，与硬件保护形成互补。
1. 数字限流与软启动
- 数字限流：MCU根据负载电流动态调整PWM占空比，将电流限制在安全范围（如通过PID算法平滑限流过程，避免硬限流导致的输出抖动）。
- 软启动：电源启动时，MCU逐步提升输出电压/电流，防止电容充电或电机启动时的瞬态过载。
- 示例：测试大容量电容时，软启动功能将充电时间延长至数秒，避免电流峰值超过功率器件额定值。
2. 负载监测与预警
- 实时数据记录：MCU记录输出电压、电流、温度等参数，通过通信接口（如RS485、LAN）上传至上位机，便于用户监控负载状态。
- 预警阈值设置：用户可自定义预警阈值（如电流达到90%额定值时触发警报），提前采取措施避免过载。
3. 故障恢复与自检
- 自动重启：过载保护触发后，电源进入待机模式，待负载减轻或故障排除后自动重启（如延时5秒后重新输出）。
- 开机自检：每次启动时检测关键元件（如功率管、采样电路）是否正常，若发现故障则锁定输出并报错。
三、冗余设计与可靠性增强
通过冗余设计提高电源抗过载能力，降低单点故障风险。
1. 功率器件冗余
- 并联MOSFET：采用多个MOSFET并联分担电流，单个器件损坏时其他器件仍可维持基本功能（需匹配导通电阻和热特性）。
- 多相变换器：在高频开关电源中，使用多相（如3相、6相）变换器均流，降低单相电流应力。
2. 散热系统优化
- 强制风冷：在散热片上安装风扇，通过风速控制（如PWM调速）根据温度动态调整散热能力。
- 热管技术：在功率器件与散热片之间使用热管，提升热传导效率，降低局部热点温度。
3. 电磁兼容（EMC）设计
- 滤波电路：在输入/输出端添加共模电感、X/Y电容，抑制电网噪声或负载产生的干扰，防止误触发保护电路。
- 屏蔽与接地：对高频开关信号线采用屏蔽层接地，减少辐射干扰对采样电路的影响。
四、典型应用场景中的防护策略
1. 工业自动化测试
- 场景：为电机驱动器提供测试电源，电机启动时可能产生数倍额定电流的冲击。
- 防护措施：
- 启用软启动功能，限制启动电流峰值。
- 设置数字限流阈值为150%额定电流，避免功率管过热。
- 配置OVP阈值为110%额定电压，防止驱动器故障导致电压反灌。
2. 新能源电池测试
- 场景：模拟电池充放电曲线，需在恒流-恒压模式下频繁切换，过载风险高。
- 防护措施：
- 采用折返限流保护，防止恒流阶段电流失控。
- 实时监测电池电压，若检测到过充（如4.2V以上），立即触发OVP并切断输出。
- 通过温度传感器监测电池表面温度，避免热失控。
3. 半导体器件老化测试
- 场景：长时间对LED、IGBT等器件施加高电压/大电流，需确保电源稳定性。
- 防护措施：
- 启用OTP保护，防止功率器件因长时间工作导致温度过高。
- 设置预警阈值（如电流达到80%额定值时报警），提醒用户调整测试参数。
- 采用冗余设计，关键元件（如采样电阻）选用高精度、高可靠性型号。
总结：可编程电源防烧毁的核心逻辑
可编程电源通过硬件保护（快速切断危险）→ 软件控制（智能决策）→ 冗余设计（提升可靠性）的三层防护体系，结合实时监测与动态调整，确保在超载时内部元件安全。其技术本质是风险分级管理：将过载分为瞬态（如电机启动）和持续（如短路）两类，分别采用软启动/数字限流和硬件关断策略，同时通过冗余设计降低单点故障概率，最终实现高可靠性运行。
