设备中负载系统或其他原因产生的反灌电压对开关电源造成危害，针对不同原因给出不同的解决防护方案，使得开关电源的输出端即使存在反灌电压的情况，电源和系统依然可维持可靠工作。

一、 输出过压保护功能和反灌电压的差异点说明

为提高开关电源产品的可靠性，开关电源会设计输出过压保护功能，防止产品内部的某个元器件失效后导致输出电压升高。而电源后端的负载只能承受一定的电压大小，一旦输出电压升过高，就会损坏电源后端的负载。为防止此问题发生，开关电源都会设计输出过压保护电路，防止电源的输出电压因为异常升高损坏后端负载，从而提升系统可靠性工作。

开关电源的输出过压保护电路原理图如下：

如图1，在电路中，一旦下拉电阻R2短路，根据计算公式知，Vo电压会变为无穷大。一旦输出电压升高到一定值后会损坏电源后端负载，导致系统烧坏。为防止此问题发生，在电路中增加输出过压保护电路。如图2所示是输出过压保护电路的原理简图之一，其工作原理为：一旦下拉电阻R2短路，输出电压往上升高，当输出电压升高到稳压二极管ZD1的击穿电压后，稳压二极管工作，把输出电压钳位在稳压二极管的击穿电压值，从而防止输出电压继续上升到无穷大，此时输出电压值被稳压二极管钳位在击穿电压值大小，不会再上升。稳压二极管ZD1的规格参数值选型一般选取大于输出电压值2-3V即可。

图2的过压保护电路适用于输出功率小于75W以下的小功率电源产品中，对于大功率电源产品，输出过压保护电路的设计是控制原边IC的工作，实现输出过压保护。当产品过压保护时，输出电压呈现打嗝输出模式或是直接关断输出电压，防止输出电压过高损坏后级负载系统。由于电路比较复杂，在此不做原理说明。输出过压保护电路都是为了防止电源异常后，限制输出电压过高设计。

以上主要介绍开关电源的输出过压保护电路的工作原理和作用。部分客户在使用开关电源时，负载端存在输出电压反灌现象，导致开关电源损坏或是开关电源的输出电压无法正常工作。当发生此问题时，客户往往存在疑问：开关电源产品自身带有输出电压过压保护功能，为什么电源还会损坏？？是不是输出过压保护功能不起作用？？

在此需要特别指出：开关电源的输出过压保护功能和电源的防反灌功能是两种不同的情况，不能混为一谈。开关电源的输出过压保护功能是电源向外的保护功能，防止外部负载系统损坏；而开关电源的防反灌能力是指外部电压对开关电源的影响力，避免产品的输出端存在反灌电压时损坏开关电源，在此需要特别区分这两种情况。以下图3和图4可以很好说明这两种情况的差异点：

二、 输出端反灌电压产生的原因和防护解决对策

根据反灌电压产生的机理，开关电源的输出端存在反灌电压的原因有以下几种情况：

1、系统在不同的输出电压之间切换时会存在高压电压反灌到低压电源中，此问题在直流充电桩设备中比较常见；

2、开关电源的后端负载是感性负载，负载工作时会产生感应电动势，感应电动势生成的电压倒灌到开关电源的输出端；

3、在一些特殊行业中，例如在水电解氢气和氧气的设备中，也存在开关电源的输出端有反灌电压现象。

下面以三种情况的反灌电压例子进行分析，给出开关电源在此情况下的危害和解决方案，以便即使开关电源的输出端存在反灌电压时，电源和系统依然可以正常工作。

例一：开关电源在直流充电桩应用时的输出端防反灌电压解决方案

随着充电桩技术和新能源汽车技术的不断发展，市场对新能源汽车电池充电和BMS配电系统提出更高要求。大巴车充电系统的辅助电压源供电采用24V供电，而小汽车充电系统的辅助电压源供电电压采用12V电压值。为给不同类型的汽车充电，要求直流充电桩中的辅助电源具有12V和24V两种电压值。为同时满足这两种类型的汽车充电，在一个直流充电桩中有两种开关电源作为辅助电压源。直流充电桩和充电桩设备的电源应用方案框图如下图5和图6所示。

在实际应用中，当12V和24V供电系统的电压在切换时，存在把24V电压反灌到12V的开关电源输出端，导致12V的开关电源损坏的情况。

在电源设计时，输出电压为12V的开关电源的输出端滤波电解电容耐压值一般选取16V的规格值，一旦24V电压反灌到电源的输出端，相当于把24V电压加到16V电解电容两端，电解电容会因为过压损坏，导致12V的开关电源失效。

针对以上当电压切换时导致输出端有反灌电压的问题，广州旭之源(ATAZ)有对应的电源解决方案。

针对直流充电桩设备的电源应用方案，ATAZ有分立式方案和集中式方案两种电源解决方案：针对分立式电源应用方案(两只开关电源，一只输出12V，一只输出24V)，把输出电压为12V的开关电源产品中的输出滤波电解电容的规格值选用为35V。即时输出端反灌24V电压值，电解电容也在耐压规格值内，电解电容不会因为过压而损坏，从而解决充电枪误操作导致输出电压反灌损坏12V输出电源。直流充电桩中防反灌电压的分立式开关电源具体型号有：AM150-B12-BSB、AM150-B12-CDZ、AM350-2DB12-ZYD。

对于集中式应用方案(把12V和24V两种输出电压集成在一个电源产品中，通过开关档位选择输出电压)：输出端的电解电容是共用，因此输出端的滤波电解电容耐压值选取为63V的规格值，即使输出端存在60VDC的反灌电压，也不会损坏输出滤波电解电容，保证滤波电解电容可靠工作，从而保证输出端存在反灌电压时，开关电源也不会损坏。对于直流充电桩设备中集中式供电，广州旭之源提供开关电源应用方案AM150-2DM1224。

例二：开关电源在带感性负载时输出端防反灌电压解决方案

开关电源的负载是电机、线圈等感性负载时，在电源上下电瞬间时，输出电压/电流加载到感性负载上，根据电磁感应定律：V=L(di/dt)，会在负载两端生成感应电压。感应电压会反灌到开关电源的输出端。当生成的感应电压大于开关电源的过压保护电压时，感应电压会触发产品的过压保护功能，导致产品输出电压关断或打嗝，输出电压不能正常建立。

由于此感应电压只在电源开关机瞬间产生，反灌电压加载到电源输出端的时间较短。感应电压比较大，而电流较小，因此反灌的能量较小。对于此问题的解决方案，可以在开关电源的输出端和负载之间接入一个防反灌电压的二极管，利用二极管的单相导通特性，可以有效防止感应电压反灌到开关电源的输出端。

防电压反灌的二极管的规格选取参数如下：

1、电压规格值要大于感应电压值，防止反灌电压损坏接入的二极管；

2、由于开关电源在正常工作时，输出电流是通过二极管流入负载。电流流过时，二极管会因导通压降产生功率损耗，使得二极管发热。为防止二极管发热严重而损坏，二极管的电流规格选取实际流过电流的(5-10)Io，并且可以在二极管上增加散热片，以降低二极管工作时的温升，提高二极管可靠性。

系统正常工作时，防反灌二极管的功率损耗大小如下公式：

P损=VF*I0 --  VF：二极管导通压降，I0：流过二极管的电流

开关电源和负载之间接入防反灌电压的二极管解决方案框图如下所示：

D1是防电压反灌的二极管，红色箭头是电源电流正常工作的流向，绿色箭头是反灌电压/电流的流向。利用二极管D1的单向导通特性，阻断反灌电压/电流流向电源的输出端。

在图7中，若是开关电源正常工作时的输出电流比较大，导致二极管的温升较高，可以对二极管进行并联使用，降低流过每个二极管的电流大小，从而减小二极管工作时的温升，提高系统的可靠性。当然上图中的D1也可以使用MOS管进行防反灌电压，只是电路较为复杂。

例三：开关电源在水电解氢气和氧气的设备中输出端防反灌电压解决方案

在工业领域或医疗辅助等行业，需要使用到氧气或氢气情况，部分客户对于氧气和氢气的生产采用水电解实现。但是水电解完成后，氧气和氢气会发生化学反应，在生成水的同时对外放电，此放电电压会反灌到系统前端的开关电源输出端，导致开关电源存在反灌电压/电流，影响开关电源的正常工作。

案例三和案例二有所不同：在案例二中，反灌电压存在的时间只是在系统上下电瞬间，系统正常工作后，不会再有反灌电压存在；而在案例三中，氧气和氢气会一直存在反应，生成反灌电压，因此反灌电压会持续加载到开关电源的输出端口。对于此问题，也可以采用案例二的解决方案，只是需要在输出端接比较多的二极管，同时对于输出电流比较大的开关电源和负载系统，二极管的功率损耗和温升也是一个问题，导致方案二的效率比较低。

对于输出功率比较大的开关电源产品，输出端防反灌电压的方案可以采用ATAZ现有产品：AIR20或AIR40-40标准产品。

此产品和方案二的防反灌电压原理一样，也是利用二极管的单相导电特性。和方案二相比，方案三已经实现产品化，并且可以用于更大功率的系统中。AIR20或AIR40-40除了可以实现开关电源的防反灌电压功能外，还可以用于设计并联冗余系统，提高系统可靠性。AIR20或AIR40-40产品典型特点如下所示：

三、 总结

本文说明了开关电源输出端在接入不同的负载时，由于负载特性，系统在工作时，负载可能会产生电压，此电压反灌到开关电源的输出端，影响电源和系统正常工作，甚至会损坏开关电源。本文根据开关电源在实际应用过程中的三个案例，通过对反灌电压产生的机理分析，给出不同的防倒灌电压解决方案。

由于开关电源在各行各业广泛应用，输出端的反灌电压产生机理可能有所差异，但解决方案原理基本相似：在开关电源的输出端和负载之间增加防反灌二极管，利用二极管的单向导通特性，解决反灌电压影响开关电源和系统工作问题。当然以上三个案例中的反灌电压的防护方案，都可以采用ATAZ对应的产品型号：AIR20或AIR40-40标准产品，只是不同方案的成本有所差异。

广州旭之源（ATAZ）部分防反灌电压的开关电源产品如下图所示，欢迎垂询！