保护可编程直流电源: 防止电感、电容和振荡负载的不利影响

2024-01-26



将直流电源连接到负载看起来很明确，但在某些情况下可能会变得具有挑战性。虽然电源制造商将其产品设计为在为各种负载供电时保持稳定，但某些负载特性存在着风险，甚至会损坏电源的输出级。感性和容性负载以及负载电流快速变化的负载可能会产生导致振荡的条件，从而危及电源和负载。此外，感性和容性负载可以向电源施加能量。


本文中，我们将探讨直流电源的不同类型的危险负载，并提供解决方案，以确保可靠的电源运行和负载保护。




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Inductive Load

感性负载

感应负载，如电机、电磁线圈和机电继电器，可向电源输入能量从而损坏电源。当电压和电流施加到感应负载上时，就会形成磁场，储存势能。当电源被关闭时，磁场就会崩溃，在相反的极性上产生电压骤升。这种反向电动势会损坏电源的输出级。

为了保护电源，在电源的输出端并联了一个反向偏置二极管，称为续流二极管或整流二极管。当电源关闭时，这个二极管允许感性负载产生的电流流过它，从而保护电源不受反向电动势的影响。


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图1所示，使用续流二极管保护电源免受反向电动势的影响。



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Capacitive Load

容性负载

容性负载，如超级电容器、电容负载组或滤波器，会对电源产生危险的电流尖峰。与感性负载类似，容性负载存储势能。当电源电压低于负载上的电压时，负载会产生电流浪涌，从而损坏电源。

在输出端增加一个串联二极管，防止容性负载的反向电流流入电源，起到保护作用。当电源给负载通电时，二极管正向偏置，但当电源电压降至低于负载电压时，二极管反向偏置。

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图2所示，串联二极管以保护电源免受容性负载的放电。



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Battery load

电池负载

电池作为电化学电源，如果电压超过电源电压，电池会损坏直流可编程电源。

与容性负载一样，串联二极管可以保护电源不受电池放电电流的影响。


另一方面，如果发生反极性连接，直流可编程电源也会损坏电池。极性检测电路和接触器被用于电池的安全测试系统，以防止对连接错误的电池供电。




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Load Circuit

Oscillation

供电 - 负载电路振荡

某些类型的负载会导致电源振荡，可能会损坏电源和负载。高容性负载、感性负载和具有快速变化特性的负载会导致电路不稳定。

施加滤波器，如 π 型滤波器，可以减轻无功电流和快速变化的负载的影响。


此外，电磁噪声可导致电源线路不稳定，适当的接地技术对于防止这种情况至关重要。缩短电源和负载之间的布线，并使用屏蔽线缆，也可以减少外部噪声的干扰。


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图 3 所示，（本文首图）的 π 型滤波器可将电源与高频效应隔离开来。