评价开关电源的质量指标应该以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动电路，以及防过压、欠压、过热、过流、短路和缺相等保护电路。开关电源常用的几种保护电路如下。
一、防浪涌软启动电路
开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路。在进线电源合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零，电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流；特别是大功率开关电源，采用容量较大的滤波电容器，浪涌电流可达 100 A 以上。电源接通瞬间如此大的浪涌电流，重者往往导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏、整流桥过流损坏，轻者也会使空气开关合不上闸，这些现象均会造成开关电源无法正常工作。为此，几乎所有的开关电源都设置了防止浪涌电流的软启动电路，以保证电源正常而可靠运行。
图 1 是采用晶闸管 V 和限流电阻 R1 组成的防浪涌电流电路：在电源接通瞬间，输入电压经整流桥（D1～D4）和限流电阻 R1 对电容器 C 充电，限制浪涌电流；当电容器 C 充电到约 80% 额定电压时逆变器正常工作，经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号，使晶闸管导通并短路限流电阻 R1，开关电源进入正常运行状态。
图 1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路
图 2 是采用继电器 K1 和限流电阻 R1 构成的防浪涌电流电路：电源接通瞬间，输入电压经整流（D1～D4）和限流电阻 R1 对滤波电容器 C1 充电，防止接通瞬间的浪涌电流；同时辅助电源 VCC 经电阻 R2 对并接于继电器 K1 线包的电容器 C2 充电，当 C2 上的电压达到继电器 K1 的动作电压时 K1 动作，其触点 K1.1 闭合而旁路限流电阻 R1，电源进入正常运行状态。限流的延迟时间取决于时间常数 R2C2，通常选取为 0.3～0.5 s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡，延迟电路可采用图 3 所示电路替代 RC 延迟电路。
图 2 采用继电器 K1 和限流电阻构成的软启动电路
图 3 替代 RC 的延迟电路
二、过压、欠压及过热保护电路
进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害，主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏，同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求，因此对输入电源的上限和下限要有所限制，为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。
温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。有关资料分析表明，电子元器件温度每升高 2 ℃，可靠性下降 10%；温升 50 ℃ 时的工作寿命只有温升 25 ℃ 时的 1/6。为了避免功率器件过热造成损坏，在开关电源中也需要设置过热保护电路。图 4 是仅用一个 4 比较器 LM339 及几个分立元器件构成的过压、欠压、过热保护电路。
图 4 过压、欠压、过热保护电路
在图中，取样电压可以直接从辅助控制电源整流滤波后取得，它反映输入电源电压的变化；比较器共用一个基准电压，N1.1 为欠压比较器，N1.2 为过压比较器，调整 R1 可以调节过、欠压的动作阈值。N1.3 为过热比较器，RT 为负温度系数的热敏电阻，它与 R7 构成分压器并紧贴于功率开关器件 IGBT 的表面，温度升高时 RT 阻值下降；适当选取 R7 的阻值，可使 N1.3 在设定的温度阈值动作。N1.4 用于外部故障应急关机，当其正向端输入低电平时，比较器输出低电平封锁 PWM 驱动信号。由于 4 个比较器的输出端是并联的，无论是过压、欠压、过热中任何一种故障发生，比较器都输出低电平封锁驱动信号，使电源停止工作，实现保护；如将电路稍加变动，亦可使比较器输出高电平封锁驱动信号。
三、缺相保护电路
由于电网自身原因或电源输入接线不可靠，开关电源有时会出现缺相运行的情况，且掉相运行不易被及时发现。当电源处于缺相运行时，整流桥某一臂无电流，而其他臂会严重过流造成损坏，同时使逆变器工作出现异常，因此必须对缺相进行保护。检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路；由于电流互感器检测成本高、体积大，故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。
图 5 是一个简单的电子缺相保护电路：三相平衡时，R1～R3 结点 H 电位很低，光耦输出近似为零电平；当缺相时 H 点电位抬高，光耦输出高电平，经比较器进行比较后输出低电平，封锁驱动信号。比较器的基准可调，以便调节缺相动作阈值。该缺相保护适用于三相四线制，而不适用于三相三线制；电路稍加变动，亦可用高电平封锁 PWM 信号。
图 5 三相四线制的缺相保护电路
图 6 是一种用于三相三线制电源的缺相保护电路：A、B、C 缺任何一相，光耦输出电平低于比较器反相输入端的基准电压，比较器输出低电平，封锁 PWM 驱动信号、关闭电源；比较器输入极性稍加变动，亦可用高电平封锁 PWM 信号。这种缺相保护电路采用光耦隔离强电，安全可靠，RP1、RP2 用于调节缺相保护动作阈值。
图 6 三相三线制的缺相保护电路
四、短路保护
开关电源同其他电子装置一样，短路是最严重的故障，短路保护是否可靠是影响开关电源可靠性的重要因素。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压电流容量大及管压降低的特点，是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。IGBT 能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小，一般仅为几微秒至几十微秒。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短，而且使关断时电流下降率 di/dt 过大；由于漏感及引线电感的存在，会导致 IGBT 集电极过电压，该过电压可在器件内部产生擎住效应使 IGBT 锁定失效，同时高的过电压会使 IGBT 击穿。因此，当出现短路过流时必须采取有效的保护措施。
实现 IGBT 的短路保护必须进行过流检测。适用于 IGBT 的过流检测方法，通常是采用霍尔电流传感器直接检测 IGBT 的电流 IC，然后与设定的阈值比较，用比较器的输出去控制驱动信号的关断；或者采用间接电压法，检测过流时 IGBT 的电压降 VCE——因为管压降含有短路电流信息，过流时 VCE 增大且基本上为线性关系，检测过流时的 VCE 并与设定的阈值进行比较，比较器的输出控制驱动电路的关断。
在短路电流出现时，为了避免关断电流的 di/dt 过大形成过电压、导致 IGBT 锁定无效和损坏，以及为了降低电磁干扰，通常采用软降栅压和软关断综合保护技术：在检测到过流信号后首先进入降栅保护程序，以降低故障电流的幅值、延长 IGBT 的短路承受时间；降栅动作后设定一个固定延迟时间用以判断故障电流的真实性，如在延迟时间内故障消失则栅压自动恢复，如故障仍然存在则进行软关断程序，使栅压降至 0 V 以下，关断 IGBT 的驱动信号。由于在降栅压程序阶段集电极电流已减小，故软关断时不会出现过大的短路电流下降率和过高的过电压。采用软降栅压及软关断栅极驱动保护，使故障电流的幅值和下降率都能受到限制、过电压降低，IGBT 的电流电压运行轨迹能保证在安全区内。
在设计降栅压保护电路时要正确选择降栅压幅度和速度：如果降栅压幅度大（比如 7.5 V），降栅压速度不要太快，一般可采用 2 μs 下降时间的软降栅压；由于降栅压幅度大、集电极电流已经较小，在故障状态封锁栅极可快些，不必采用软关断。如果降栅压幅度较小（比如 5 V 以下），降栅速度可快些，而封锁栅压的速度必须慢，即采用软关断，以避免过电压发生。为了使电源在短路故障状态不中断工作，又能避免在原工作频率下连续进行短路保护产生热积累而造成 IGBT 损坏，采用降栅压保护即不必在一次短路保护时立即封锁电路，而使工作频率降低（比如 1 Hz 左右），形成间歇“打嗝”的保护方法，故障消除后即恢复正常工作。
下面介绍几种 IGBT 短路保护的实用电路及工作原理。
图 7 是利用 IGBT 过流时 VCE 增大的原理进行保护的电路，用于专用驱动器 EXB841。EXB841 内部电路能很好地完成降栅及软关断，并具有内部延迟功能，以消除干扰产生的误动作。含有 IGBT 过流信息的 VCE 不直接送至 EXB841 的集电极电压监视脚 6，而是经快速恢复二极管 VD1、通过比较器 IC1 输出接至 EXB841 的脚 6，其目的是消除 VD1 正向压降随电流不同而异的缺点，采用阈值比较器提高电流检测的准确性。如果发生过流，驱动器 EXB841 的低速切断电路慢速关断 IGBT，以避免集电极电流尖峰脉冲损坏 IGBT 器件。
图 7 采用 IGBT 过流时 VCE 增大的原理进行保护
图 8 是利用电流传感器进行过流检测的 IGBT 保护电路：电流传感器（SC）初级（1 匝）串接在 IGBT 的集电极电路中，次级感应的过流信号经整流后送至比较器 IC1 的同相输入端，与反相端的基准电压进行比较；IC1 的输出送至具有正反馈的比较器 IC2，其输出接至 PWM 控制器 UC3525 的输出控制脚 10。不过流时，VA < Vref、VB = 0.2 V、VC < Vref，IC2 输出低电平，PWM 控制器正常工作。
（a）电路原理图
（b）PWM 控制电路的输出驱动波形
图 8 利用电流传感器进行过流检测的 IGBT 保护电路
当出现过流时，电流传感器检测的整流电压升高，VA > Vref、VB 为高电平，C3 充电使 VC > Vref，IC2 输出高电平（大于 1.4 V），关闭 PWM 控制电路。因无驱动信号，IGBT 关闭而电源停止工作，电流传感器无电流流过，使 VA < Vref、VB = 0.2 V，C3 经 R1 放电；当 C3 放电到使 VC < Vref 时，IC2 又输出低电平，电源重新进入工作状态。如果过流继续存在，保护电路又回复到原来的限流保护工作状态，反复循环使 PWM 控制电路的输出驱动波形处于间隔输出状态，如图 8（b）所示。电位器 RP1 用于调整比较器过流动作阈值。电容器 C3 经 D5 快速充电、经 R1 慢速放电，只要合理选择 R1、C3 的参数，使 PWM 驱动信号关闭时间 t2 ≫ t1，即可保证电源进入睡眠状态。正反馈电阻 R7 保证 IC2 只有高、低电平两种状态，D5、R1、C3 构成的充放电电路保证 IC2 输出不致在高、低电平之间频繁变化，即 IGBT 不致频繁开通、关断而损坏。
图 9 是利用 IGBT（V1）过流集电极电压检测和电流传感器检测的综合保护电路，电路工作原理是：负载短路（或 IGBT 因其他故障过流）时 V1 的 VCE 增大，V3 门极驱动电流经 R2、R3 分压器使 V3 导通，IGBT 栅极电压由 VD3 限制而降压，限制 IGBT 峰值电流幅度；同时经 R5C3 延迟使 V2 导通，送去软关断信号。另一方面，短路时经电流传感器检测短路电流，经比较器 IC1 输出的高电平使 V3 导通进行降栅压、V2 导通进行软关断。
图 9 综合过流保护电路
图 10 是应用检测 IGBT 集电极电压的过流保护原理，采用软降栅压、软关断及降低工作频率保护技术的短路保护电路。
图 10 采用软降栅压、软关断及降低工作频率技术的短路保护电路
正常工作状态时，驱动输入信号为低电平，光耦 IC4 不导通，V1、V3 导通，输出负驱动电压；驱动输入信号为高电平时，光耦 IC4 导通，V1 截止而 V2 导通，输出正驱动电压，功率开关管 V4 工作在正常开关状态。发生短路故障时，IGBT 集电极电压增大，由于 VCE 增大，比较器 IC1 输出高电平，V5 导通，IGBT 实现软降栅压：降栅压幅度由稳压管 VD2 决定，软降栅压时间由 R6C1 形成 2 μs。同时 IC1 输出的高电平经 R7 对 C2 进行充电，当 C2 上电压达到稳压管 VD4 的击穿电压时 V6 导通，并由 R9C3 形成约 3 μs 的软关断栅压；软降栅压至软关断栅压的延迟时间由时间常数 R7C2 决定，通常选取在 5～15 μs。V5 导通时，V7 经 C4R10 电路流过基极电流而导通约 20 μs，在降栅压保护后将输入驱动信号闭锁一段时间，不再响应输入端的关断信号，以避免在故障状态下形成硬关断过电压，使驱动电路在故障存在的情况下能执行一个完整的降栅压和软关断保护过程。
V7 导通时，光耦 IC5 导通，时基电路 IC2 的触发脚 2 获得负触发信号，555 输出脚 3 输出高电平，V9 导通，IC3 被封锁，封锁时间由定时元件 R15C5 决定（约 1.2 s），使工作频率降至 1 Hz 以下，驱动器的输出信号工作在所谓的“打嗝”状态，避免了发生短路故障后仍工作在原来频率下、连续进行短路保护导致热积累而造成 IGBT 损坏。只要故障消失，电路又能恢复到正常工作状态。
开关电源的保护功能虽属电源装置电气性能要求的附加功能，但在恶劣环境及意外事故条件下，保护电路是否完善并按预定设置工作，对电源装置的安全性和可靠性至关重要，验收技术指标时应对保护功能进行验证。开关电源的保护方案和电路结构具有多样性，但对具体电源装置而言，应选择合理的保护方案和电路结构，以在故障条件下真正有效地实现保护；文中所述的保护电路可以灵活组合使用，以简化电路结构和降低成本。