如何讓過(guò)流保護(hù)能否簡(jiǎn)單而精確，同時(shí)最大限度地降低成本

在設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)時(shí)，我們通常必須設(shè)計(jì)電源以滿足我們的要求。一種非常流行的解決方案是采用開關(guān)模式電源（或 SMPS），因?yàn)樗鼈兊男史浅８?。然而，在保持低成本的同時(shí)設(shè)計(jì) SMPS 非常具有挑戰(zhàn)性，更不用說(shuō)通過(guò)開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生不穩(wěn)定環(huán)路的風(fēng)險(xiǎn)了。在任何電力系統(tǒng)中，總是存在輸出短路的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，有必要保護(hù)系統(tǒng)不因電流增加而損壞。

雖然我們可以使用多個(gè)電路來(lái)保護(hù)系統(tǒng)免受損壞，但我們也可以使用幾個(gè)電阻器、一個(gè)傳輸晶體管和一個(gè)電壓基準(zhǔn)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)整體解決方案非常具有成本效益，并且需要的板上空間最小。

圖 1 中的電路顯示了一個(gè)電流限制器，其中一個(gè)檢測(cè)電阻器與傳輸晶體管串聯(lián)。ATL431是一種可調(diào)節(jié)并聯(lián)穩(wěn)壓器，可反饋到傳輸晶體管和輸入端，控制限流動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)連接輸出時(shí)，汲取的電流將開始在 R CL電阻器上產(chǎn)生電壓。當(dāng)R CL處的電壓達(dá)到2.5V 時(shí)，將使ATL431導(dǎo)通。這反過(guò)來(lái)又會(huì)降低傳輸晶體管的基極發(fā)射極上的電壓，從而有效地限制可以汲取的電流。

圖 1：電源電流限制器

為了準(zhǔn)確選擇無(wú)源元件，我建議使用ATL431 的最小工作條件和我們想要的最大電流。最佳做法是使用低于電源絕對(duì)最大條件的電流。對(duì)于此示例，讓我們使用 50mA 作為最大值（等式 1）：

我們可以使用這些條件來(lái)計(jì)算 R1 并為我們的傳輸晶體管獲得適當(dāng)?shù)?/span> β。我們將使用 7V 作為輸入電壓，因?yàn)槲覀冃枰銐虻拈_銷來(lái)提供輸出電壓，而 100 作為我們的 β。我們還假設(shè)該系統(tǒng)的輸出需要為 3V（等式 2）：

由于ATL431是該電流限制器的主要反饋，而且該器件的 I KMIN為 35μA，因此我們會(huì)受益于具有非常低的 R CL值。這限制了電阻器中消耗的功率，并有助于放寬對(duì)傳輸晶體管的 β 要求。另外，電壓基準(zhǔn)的最大精度為 0.5%，這意味著允許的最大 I OUT波動(dòng)僅為 0.246mA。

ATL43xLI器件是3端子可調(diào)節(jié)并聯(lián)穩(wěn)壓器，在適用的汽車級(jí)、商用級(jí)和軍用級(jí)溫度范圍內(nèi)均可滿足規(guī)定的熱穩(wěn)定性?？梢酝ㄟ^(guò)兩個(gè)外部電阻器將輸出電壓設(shè)置為介于V-ref（約為2.5V）和36V之間的任意值。這些器件具有0.3Ω的輸出阻抗典型值。有源輸出電路可提供非常急劇的導(dǎo)通特性，從而使這些器件在許多應(yīng)用中成為齊納二極管的出色 替代品，這些應(yīng)用包括板載穩(wěn)壓、可調(diào)節(jié)電源和開關(guān)電源。這款器件是TL431LI和TL432LI的引腳對(duì)引腳替代品，且最低工作電流更低，有助于降低系統(tǒng)功耗。ATL432LI器件具有與ATL431LI器件完全相同的功能和電氣特性，但是具有不同的DBZ封裝引腳排布。ATL431LI器件具有A和B兩個(gè)等級(jí)，25°C下的初始容差分別為1%和0.5%。此外，低輸出溫漂可確保在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持出色的穩(wěn)定性。ATL43xLIxQ器件的額定工作溫度范圍是–40°C至+125°C。

結(jié)論

在獲得高精度功能的同時(shí)，使用減少的組件數(shù)量實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)非常簡(jiǎn)單。通過(guò)采用 TI 的極低電流可編程電壓基準(zhǔn)ATL431，我們可以確保降低過(guò)流裕度，從而使我們的系統(tǒng)具有極高的精度。該電路不僅可用于短路保護(hù)，還可用于限制電池功耗。