帮助你了解电源（六）电源的各种保护

    泡泡网机箱电源频道2010年2月22日 编者按：关注电源的玩家常会看到一些关于保护功能的名词：OVP（过压保护）、UVP（低压保护）、OCP（过流保护）、OPP（过功率保护）、OTP（过温度保护）等等，这些保护都在做什么呢？能对防止哪些故障呢，看过这篇文章就会有一个大致的了解。

    通常在电源的二次侧（很多线材那一侧）我们能找到监控芯片，他们一般都集成了很多种类的保护功能，很少再有人使用外部电路单一的实现某一保护功能，比如LM339这枚芯片就是一个四路电压比较器。

PS223监控芯片

    监控电路不少都单独使用了一块PCB板，没有和电源主PCB放在一起。使用半桥结构的电源（很老的结构）在二次侧的PWM控制器中也集成了最基本的保护功能，不过稍微好一些的半桥结构的电源还是另外使用了一枚监控芯片来提供更多的保护功能。

帮助你了解电源（一）电池旧故与新颜
帮助你了解电源（二）电池的工作过程
帮助你了解电源（三）浪涌保护器介绍
帮助你了解电源（四）二极管简单介绍
帮助你了解电源（五） 关注风扇噪音
帮助你了解电源（六）电源的各种保护

● 外设音频群组更多精彩内容

    Power Good （P.G.）信号

    当电源刚刚启动时，各路电压是需要一段爬升时间才能达到标准值。（最大需要0.02秒时间），为了保证不在这段电压过低时就开始供电，所以电源中设立了一个“Power Good”信号，在一些资料中通常写为“PWR_OK”或“P.G.”。收到这个信号就说明，12V、5V、3.3V的电压已经符合要求，可以开始给设备供电了。

你能找到Power Good吗？

    这个信号是通过插在主板上24PIN接口的第八针脚提供的，这根线是灰色的。这个P.G.信号在关机时也需要变化，这是因为它需要配合“低压保护”（我们在之后解释低压保护）功能来动作。在第一次开机时，如果低压保护一直有效的话，电源是无法启动的。低压保护的判断电路需要等待P.G.信号来通知电源可以正常开机。

    P.G.信号在半桥结构的电源中是有PWM控制器产生的，在类似双管正激结构的电源中由二次侧监控芯片产生。

开机/关机时重要信号时序 

    来看这页的时序图，其中VAC是指从插座中输入的交流电，PS_ON是“开机信号”，它对应你电脑上的开机按钮。PWR_OK就是我们说的P.G.信号。

    我们来看T1，在Intel电源设计规范中应该小于0.5秒，T1是指当我们按下电脑开机键后，直到电源的各路输出电压上升到规范值的95%以上所需的时间；T2是指各路输出电压从规范值的10%上升到95%所需要的时间，应该在0.1毫秒-20毫秒之间；T3是指各路电压已经达到规范值的误差5%以内后P.G.信号开始触发的时间，应该在0.1-0.5秒之间；T4是指P.G.信号触发到有效的时间应该小于10毫秒；T5是电脑关机时从切断交流电到P.G.信号恢复到关机状态所需的时间。

    过压保护与低压保护

    我们来说说过压保护和低压保护，因为他们的控制电路是一样的。他们监控12V、5V、3.3V这些路的输出，一旦这些输出有过低或者过高的情况就立马切断电源。那么这几路电压具体多高，多低时才会触发保护机制呢？

电源过压保护设定

    一般的电源企业都会按照上面的表格设置保护的触发点，过压保护设置的触发点和他们的规范值相距其实比较远，比如5V电压上升到6.3-7V才会关机。12V电压上升到13.4-15.6V时才会启动保护。这个保护几乎没有例外，即便是最最低端的电源也会具备，不过低压保护并不是必须有的。

    如果一家电源厂商把12V的过压保护设置到15V，当电源出现故障时对电脑内的板卡危害也比较大。

    我们来看一款常见的监控芯片PS223，它负责启动过压保护。

PS223芯片中过压保护的设定

低压保护中的常见设定

    具体电压到多少会进行保护还看工程师使用什么样的监控芯片，并且如何设定保护值。在Intel电源设计规范中电压的上下浮动应该不超过5%，但在处理过压保护时一般都设置在不超过30%或者40%。

    过流保护

    对于过流保护很多人缺乏了解，首先要解释的是一个和过流保护密切相关的安规：IEC60950-1，这里规定任何暴露在外传输电流的导线不能传输超过240VA的功率，对于电源输出部分来说因为是直流电，所以就是240瓦。这也就是我们见到很多电源的12V为什么分为若干路的原因。

    这个安规限制了电源每路12V输出功率电流要低于240瓦，也就是20A的电流，那么我们就需要进行电流的限制，这也就是输出侧的过流保护。不过在DIY市场卖的电源很少见到严格遵守这条安规的，虽然电源标签上都贴着单路限流20A，实际使用中超过一些也完全没问题。

多路12V输出的限流电阻

    过流保护是通过这样的方式实现，把线材分组，每组线材需要通过一个限流电阻，上图就是锰铜线的限流电阻。如图可见，这就是一个四路限流的电源，也就是4路12V输出。

第二种做法

    除了用锰铜线做限流也有用这种薄膜大功率贴片电阻的，他们的阻值都很低，比如0.01欧-1欧之间。比如上面这张图可以看到12V输出分了4路。通过查看线路可以知道哪一根线材属于第几路12V输出，很方便。

PS223监控芯片的典型应用

    在二次侧监控芯片的datasheet中也可以看到过流保护（OCP）功能，如果它只提供了一路OCP保护的输出，则无论在PCB板上出现几个限流电阻，它都是一款单路12V输出的电源。尽管过流保护是Intel电源设计规范中要求的功能，但还是有些低端电源省略了这部分，或者只为3.3V和5V提供这种功能。

    这是PS223的一种很典型的应用，上侧的Rs5、Rs33、Rs12（1）、Rs12（2）四个电阻就分别负责5V，3.3V，第一路12V，第二路12V的限流。

    过温保护

    过温保护顾名思义，温度太高就切断电源进行保护。大部分电源都设置了这一项保护。打开电源外壳以后，我们可以看到在低压侧散热片上有挂一些零碎。

测温点

    有些电源通过在散热片上安装温感元件来采集温度，有些通过在PCB板上安装测温元件，总的来说离被测对象越近，测量精度越高。有时我们会看到两个温感元件，一个温感元件把信号输出给风扇控制电路来调整转速，另一个负责过温保护。

    在下面的表格中我们能看到常用的监控芯片，以及他们可以提供的保护功能。第一张是低端电源中常见的，这类电源一般都使用半桥结构。第二张表中的芯片用在中端或者高端电源，有时使用的不止一枚。

低端电源中常见的监控芯片功能

    上面这张表格中4种PWM控制芯片都是低端电源中常见的，他们大都采用了半桥结构。ATX2005有好几个兼容型号比如2005AZ，SDC2005。带一个星号的是对-12V和-5V都进行监控的。

其他监控芯片

   上面这个表的所列的芯片功能要强很多，不过当前高端电源12V输出路数较多，一枚芯片也许不够用，所以我们时常可以看到几个监控芯片组合使用的情况。表中带两个星的芯片是不对12V进行监控的，需要配合其他芯片。

    过功率保护/过载保护（OPP/ OLP）

    当功率超过额定值很多时会触发这个功能，一般是通过在PFC升压后的部分判断电流值来实现此功能，所以不论是在220V电压下还是110V电压下，过功率保护都可以准确的触发。

    短路保护（SCP）

    短路保护是最传统的一种保护功能，有些电源中实现此功能并不需要动用监控芯片，而使用外部电路就足够了，

    无负载操作（NLO）

    这一项其实算不上是保护，只是一种为了满足性能而做的设计，比如使用磁放大处理3.3V和5V输出的电源，当12V输出非常小时，3.3V和5V的输出都会不正常，如果能给12V加一个假负载的话，大家就都正常了。<