EEPW论坛

开关电源的短路保护电路是为了在输出端发生短路时，限制输出电流并保护电源和负载不受损坏。

功率短路保护电路原理

电路组成：

短路保护电路通常由电流检测电阻、比较器、参考电压源和控制逻辑组成。

当输出电流超过设定值时，保护电路会触发，限制电流或关闭输出。

工作原理：

电流检测：通过电流检测电阻（R_sense）监测输出电流。当电流流过R_sense时，会在其两端产生一个电压降 

比较器：将 V sense  与参考电压 V ref  进行比较。如果 V sense  超过 Vref ，比较器输出高电平，触发保护动作。

保护动作：

限制电流：通过调整PWM控制器的占空比，降低输出电流。

关闭输出：直接关闭PWM控制器，停止电源输出。

短路保护电路的实现方法

限流保护：

通过电流检测电阻和比较器实现限流保护。当电流超过设定值时，调整PWM占空比以限制电流。

打嗝模式Hiccup Mode：

在短路情况下，PWM控制器周期性地关闭和重启，以减少平均输出电流，避免过热。

熔断器保护：

在输出端串联熔断器，当电流过大时，熔断器熔断，切断电路。

电子保险丝：

使用电子保险丝eFuse实现快速短路保护。当电流超过设定值时，电子保险丝迅速切断电路。

短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述如下：

这是一个基于 UC3842、TL431 和光耦OT1/2的开关电源反馈控制电路，其原理如下：

各元件作用

UC3842：它是电流模式脉宽调制PWM控制器，常用于开关电源中，通过调节输出 PWM 信号的占空比来控制开关电源的输出电压。

TL431：这是一个可控精密并联稳压器，能提供稳定的基准电压，在电路中起到电压调节和比较的关键作用。

光耦OT1/2：实现电气隔离，将开关电源次级侧输出电压相关部分的反馈信号安全地传输到初级侧的 UC3842，增强电路安全性，同时传递信号控制 UC3842。

工作过程

电压采样与比较：开关电源的输出电压经过分压电路处理后，输入到 TL431 的参考端通常是 R 端。TL431 内部将该采样电压与自身的基准电压通常约为 2.5V进行比较。当输出电压变化时，采样电压也会相应改变。若输出电压升高，采样电压升高，TL431 的阴极K 端电流会增大；若输出电压降低，采样电压降低，阴极电流减小。

信号传输：TL431 阴极电流的变化会影响光耦OT1/2中发光二极管的电流。当 TL431 阴极电流增大时，光耦中发光二极管发光强度增加，使得光耦中光敏晶体管的导通程度增强；反之，发光二极管发光强度减弱，光敏晶体管导通程度降低。光敏晶体管连接到 UC3842 的控制引脚①脚，其导通程度的变化会改变 UC3842 该引脚的电位。

PWM 控制：UC3842 根据接收到的光耦反馈信号即引脚电位的变化，调整其输出 PWM 信号的占空比。若输出电压升高，经上述环节使 UC3842 控制引脚电位降低，UC3842 会减小 PWM 信号的占空比，降低开关管的导通时间，从而使输出电压降低；若输出电压降低，UC3842 控制引脚电位升高，会增大 PWM 信号的占空比，增加开关管导通时间，使输出电压升高，以此实现对输出电压的稳定控制。

辅助元件作用

R1：起到限流作用，限制流入 TL431 的电流，保护 TL431 不被过大电流损坏。

R2：与光耦配合，将光耦中光敏晶体管的电流变化转换为电压变化，传递给 UC3842。

R3：为 TL431 提供合适的工作电流，使其能稳定地发挥电压比较和调节功能。

C1：起到滤波和稳定的作用，滤除高频干扰信号，使电路工作更加稳定。

当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842①脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842⑦脚VCC电位被拉低，IC停止工作。

UC3842停止工作后①脚电位消失，TL431不导通UC3842⑦脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。

下图是中功率短路保护电路，其原理简述如下：

这是一个基于 UC3842 的开关电源反馈控制电路，主要用于稳定输出电压，其工作原理如下：

核心元件作用

UC3842：电流模式脉宽调制PWM控制器，用于产生 PWM 信号来控制开关电源的开关管，通过调节 PWM 信号的占空比，实现对输出电压的控制。

运算放大器U1、U2：U1 用于电压比较和误差放大，U2 可能起到进一步信号处理或缓冲等作用。

二极管D1、D2、D3：D1 用于整流或电平转换；D2、D3 起到单向导通，防止信号反向流动或保护电路元件的作用。

工作过程

电压采样与误差放大U1 部分

输出电压经过一定的采样电路后，将采样电压输入到运算放大器 U1 的反相输入端。

基准电压 VREF 通过电阻连接到 U1 的同相输入端。

U1 对采样电压和基准电压进行比较，若采样电压与基准电压存在差值，U1 会将该差值进行放大，输出一个误差信号。当输出电压升高，采样电压升高，U1 反相输入端电压升高，输出的误差信号会相应变化。

信号处理与传输

U1 输出的误差信号经过电阻 R1 等元件传输，D1 在此可能对信号进行整流等处理，确保传输到下一级的信号符合要求。

处理后的信号传输到运算放大器 U2 的输入端。

进一步处理与反馈控制U2 部分

U2 对输入信号进行进一步处理，其输出信号通过电路连接到 UC3842 的控制引脚。

根据 U2 输出信号的变化，UC3842 调整其内部的 PWM 信号生成电路，改变输出 PWM 信号的占空比。如果输出电压升高，反馈信号使 UC3842 减小 PWM 信号占空比，从而降低开关管导通时间，使输出电压降低；反之，若输出电压降低，UC3842 增大 PWM 信号占空比，提升输出电压，实现输出电压的稳定。

辅助元件作用

电容 C1：与电阻 R3 并联，起到滤波和相位补偿作用，滤除高频干扰信号，防止电路产生自激振荡，确保电路稳定工作。

电阻 R2、R4、R5、R6：用于设置运算放大器的增益、偏置等参数，确保运算放大器正常工作，以及信号在传输过程中的分压、限流等。

当输出短路，UC3842①脚电压上升，U1③脚电位高于②脚时，比较器翻转①脚输出高电位，给C1充电，当C1两端电压超过⑤脚基准电压时U1⑦脚输出低电位，UC3842①脚低于1V，UCC3842停止工作，输出电压为0V，周而复始，当短路消失后电路正常工作。R2、C1是充放电时间常数，阻值不对时短路保护不起作用。

下图是常见的限流、短路保护电路。其工作原理简述如下：

主要元件作用

UC3842：电流模式脉宽调制PWM控制器，用于产生驱动信号控制功率开关管，通过调节输出 PWM 信号的占空比来控制开关电源的输出电压。

Q1：功率开关管，在 UC3842 输出信号的驱动下导通或截止，控制能量在变压器 T1 初级绕组的传输。

T1：开关变压器，用于实现能量传递和电压变换。

R3：电流采样电阻，串联在功率开关管 Q1 的源极或发射极与地之间，用于检测通过 Q1 的电流。

正常工作状态

在开关电源正常工作时，UC3842 输出合适的 PWM 驱动信号，使 Q1 按一定频率导通和截止。此时，通过 Q1 的电流在正常范围内，电流流经 R3 产生的电压较小。这个较小的采样电压不会对 UC3842 的工作产生明显影响，UC3842 持续输出稳定的 PWM 信号，维持开关电源的正常输出。

限流保护过程

当负载电流增大，通过 Q1 的电流也随之增加，R3 上的电压降会相应增大。这个电压降反馈到 UC3842 的电流检测引脚图中引脚 3 可能为此功能引脚 。当 R3 上的电压达到 UC3842 内部设定的限流阈值时，UC3842 会根据内置的控制逻辑，自动减小输出 PWM 信号的占空比。占空比减小使得 Q1 的导通时间缩短，从而限制了通过 Q1 的电流，也就限制了负载电流，避免因电流过大对电路元件造成损坏，实现限流保护功能。

短路保护过程

若负载发生短路，此时通过 Q1 的电流会急剧增大，R3 上的电压降会迅速升高并远超过限流阈值。UC3842 检测到异常高的电流采样电压后，会快速采取保护措施，可能大幅减小甚至完全关闭 PWM 信号的输出。Q1 因失去有效的驱动信号而截止，切断了向负载的能量传输，防止过大的短路电流引发严重的电路故障，如烧毁开关管、变压器等元件，起到短路保护作用。

其他元件作用

R1：用于限制流入 UC3842 控制引脚的电流，起到保护和信号匹配作用。

R2：为 Q1 的栅极或基极提供合适的偏置电压，确保 Q1 能正常响应 UC3842 的驱动信号。

C和R组成的支路与 T1 初级绕组并联：用于吸收 T1 初级绕组在 Q1 开关瞬间产生的尖峰电压，保护 Q1 不被过高的电压击穿。

D：二极管，在 Q1 截止时，为 T1 初级绕组提供续流回路，避免产生过高的反电动势损坏元件。

当输出电路短路或过流，变压器原边电流增大，R3两端电压降增大，③脚电压升高，UC3842⑥脚输出占空比逐渐增大，③脚电压超过1V时，UC3842关闭无输出。

下图是用电流互感器取样电流的保护电路，有着功耗小，但成本高和电路较为复杂，其工作原理简述如下：

输出电路短路或电流过大，TR1次级线圈感应的电压就越高，当UC3842③脚超过1伏，UC3842停止工作，周而复始，当短路或过载消失，电路自行恢复。

带有保护功能的开关电源电路，主要由 UC3842、功率开关管 Q1、开关变压器 T1 等元件构成，具备基本的电源变换以及过流保护功能，其工作原理如下：

主要元件作用

UC3842：作为电流模式脉宽调制PWM控制器，它产生 PWM 信号来控制功率开关管 Q1 的导通和截止，通过调节 PWM 信号的占空比，实现对输出电压的控制。

Q1：功率开关管，在 UC3842 输出的 PWM 信号驱动下，周期性地导通和截止，控制电流在变压器 T1 初级绕组的通断。

T1：开关变压器，用于实现能量的传递和电压的变换，将初级侧的能量耦合到次级侧。

R1、R2：为 Q1 提供合适的栅极偏置，确保 Q1 能正常响应 UC3842 的驱动信号，同时 R2 还可起到一定的限流作用。

C、D：电容 C 和二极管 D 组成的支路与 T1 初级绕组并联，在 Q1 截止时，D 为 T1 初级绕组提供续流回路，C 用于吸收 T1 初级绕组产生的尖峰电压，保护 Q1 不被过高的电压击穿。

正常工作过程

UC3842 输出的 PWM 信号为高电平时，Q1 导通，直流输入电压 V + 通过 Q1 加到变压器 T1 的初级绕组，电能转化为磁场能储存在 T1 中。PWM 信号为低电平时，Q1 截止，T1 初级绕组中的磁场能通过次级绕组释放。次级绕组感应出的电压经二极管 D1 整流后，为负载由 R3 及后续电路示意 供电。

过流保护原理

图中变压器 TR1 及电阻 R4、R5 组成过流检测电路。正常情况下，通过 Q1 的电流在合理范围内，变压器 TR1 感应的信号较弱。当电路出现过流，即通过 Q1 的电流过大时，变压器 TR1 初级侧的电流也会增大，从而在次级侧感应出较高的电压。该电压经过 D1 整流后，使 R3 上的电压升高。升高的电压反馈到 UC3842 的相关引脚可能是电流检测引脚 ，UC3842 检测到异常信号后，会减小输出 PWM 信号的占空比，甚至关闭 PWM 信号输出，使 Q1 截止，切断过大电流的路径，实现过流保护，避免电路元件因过流而损坏。

总结：

开关电源的短路保护电路是为了在输出端发生短路时，限制输出电流并保护电源和负载不受损坏。常见的短路保护电路包括限流保护、打嗝模式、熔断器保护和电子保险丝等方法。小功率短路保护电路通常通过电流检测电阻和比较器实现，当电流超过设定值时，调整PWM控制器的占空比或关闭输出。中功率短路保护电路则可能使用运算放大器和PWM控制器来实现更精确的控制。

在基于UC3842的开关电源中，短路保护通过检测输出电流或电压的变化来触发保护机制。当输出短路时，UC3842的反馈引脚电压上升，触发保护动作，停止PWM输出，防止损坏。电流互感器取样电路则通过检测变压器原边电流来实现保护，具有功耗低但成本较高的特点。

短路保护电路通过实时监测输出电流或电压，结合PWM控制器的调节功能，确保开关电源在短路或过流情况下能够安全运行，保护电源和负载免受损坏。