電子工程師的雜貨鋪?|?過流保護(hù)的幾種實(shí)現(xiàn)方式

時(shí)間：2021-08-19 15:09:13

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過電流保護(hù)（Over Current Protection）就是當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)方式。當(dāng)流過被保護(hù)原件中的電流超過預(yù)先整定的某個(gè)數(shù)值時(shí)，保護(hù)裝置啟動(dòng)。

過流保護(hù)電路設(shè)計(jì)的幾種常用實(shí)現(xiàn)方式。1、過流保護(hù)元器件(保險(xiǎn)絲)如上圖所示保險(xiǎn)絲分類有很多種，根據(jù)應(yīng)用可以具體情況具體選擇。保險(xiǎn)絲是一種很常用的過流保護(hù)器件，尤其是正溫度系數(shù)（PTC）自恢復(fù)保險(xiǎn)絲在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用更加廣泛。其外形如下圖所示，工作原理如下：當(dāng)過電流現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲迅速反應(yīng)，其自身組織增加，從而形成過電流保護(hù)。當(dāng)電流恢復(fù)正常，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲會(huì)變回低阻值狀態(tài)，不會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生影響。由于PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲可以自動(dòng)復(fù)位，許多電路設(shè)計(jì)人員在可能會(huì)因用戶造成的故障而導(dǎo)致過電流事件的情況中選擇PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，PTC通常接于如下結(jié)構(gòu)電路中進(jìn)行過流保護(hù)。2、分立元器件搭建的保護(hù)電路
電路 1
原理上分析：首先左側(cè)CRTL-LOAD是單片機(jī)輸出開啟負(fù)載的控制端。CRTL-LOAD輸出高電平，Q2打開，負(fù)載LOAD-IN接入。負(fù)載正常的情況下電路不會(huì)有異樣，但是當(dāng)負(fù)載突然變大(短路或者接錯(cuò)負(fù)載情況下)時(shí)，保護(hù)電路開始起作用。下面分析一下過載保護(hù)部分的電路，即Q1、R3、R4、R5組成部分。Q1是常規(guī)的硅管，導(dǎo)通壓降大致在0.7V，上圖中在不接任何負(fù)載的情況下，Q1的基極電位可以計(jì)算出：
VQ1b=(R3 R4)/(R3 R4 R5)*5≈0.314V
因?yàn)楫?dāng)負(fù)載接入時(shí)，會(huì)在R3上產(chǎn)生壓降，從而推動(dòng)Q1基極電位增大，我們默認(rèn)理想情況下0.7V時(shí)，三極管Q1會(huì)動(dòng)作，由此理論上可以計(jì)算出接入多大負(fù)載電路會(huì)關(guān)斷：
Ib=(0.7-VQ1b)/R3=0.386V/10=0.0386A=38.6mA
即理論上此電路最多可以接入38.6mA的負(fù)載，超過38.6mA之后，由于負(fù)載增大，導(dǎo)致Q1基極電位增大超過三極管理論開啟電壓0.7V導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，從而拉低Q2基極，導(dǎo)致Q2關(guān)斷，最終切斷后面的大負(fù)載起到過流保護(hù)的作用。器件選取需要注意：R3要注意其精度以及封裝，根據(jù)需要的功耗選擇合適的封裝，避免小封裝對(duì)應(yīng)大功耗導(dǎo)致器件過熱。Q2根據(jù)負(fù)載要求留有一定余量。注：此電路在實(shí)際操作中存在一定的問題，可以評(píng)論區(qū)針對(duì)這個(gè)電路的問題進(jìn)行留言交流分享?？梢詫?shí)際在仿真看一下就能看出來什么問題了。電路2
前段時(shí)間發(fā)了一篇硬件工程師必備的過壓保護(hù)電路，有網(wǎng)友留言這個(gè)電路可以改造變成一個(gè)過流保護(hù)電流，原理如下：在電源輸入端串一個(gè)采樣電阻到PMOS的源極S，那么這個(gè)采樣電阻就會(huì)有電壓差，三極管的be并到這個(gè)電阻，當(dāng)壓差大于Vbe時(shí)，Vgs就0了，PMOS關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。修改前電路：

修改后電路：

3、集成芯片過流保護(hù)電路隨著電路集成度不斷的加深，越來越多功能模塊被集成進(jìn)芯片，過流保護(hù)芯片也被越來越多的應(yīng)用到電路設(shè)計(jì)中。
過流保護(hù)芯片的原理主要分為兩種：hiccup（Constant-Current）和?Latch offhiccup：一種是以恒定電流存在，這種一般是可恢復(fù)的，當(dāng)故障解除后自動(dòng)恢復(fù)；

Latch off：一種是鎖定關(guān)閉，故障解除后也無法恢復(fù)，一旦保護(hù)后需要重啟（比如重置VCC或其他的使能引腳）；

如下圖為某限流芯片的內(nèi)部功能框圖，其主要工作原理如下：通過功能框圖我們可以看出該芯片內(nèi)部具有欠壓保護(hù)功能及使能引腳EN，同時(shí)內(nèi)部集成電流檢測(cè)及熱保護(hù)功能。

使能及欠壓保護(hù)功能：

當(dāng)EN引腳使能且輸入電壓高于UVLO門限電壓時(shí)，芯片啟動(dòng)，內(nèi)部功率mos管打開，呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)EN引腳失能或者輸入電壓低于UVLO時(shí)，芯片關(guān)斷，內(nèi)部功率mos呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

電流設(shè)置功能：

RST引腳可以用來通過下拉電阻到地設(shè)置限流門限，一般限流的精度在不同的范圍內(nèi)會(huì)略有不同。限流公式手冊(cè)中一般也會(huì)給出或者用表格的形式列舉出來。

過流保護(hù)功能：

當(dāng)輸出電流超過設(shè)定的門限電流后，內(nèi)部功率mos管的導(dǎo)通電阻增大，輸出電壓VOUT增大，從而限制輸出電流繼續(xù)增大，芯片此時(shí)進(jìn)入恒流狀態(tài)，如果負(fù)載繼續(xù)加重，那么輸出電壓VOUT會(huì)繼續(xù)下降，輸出電流也會(huì)下降，直到VOUT降至接近0V，輸出電流也會(huì)將至最低。

過熱保護(hù)功能：

在進(jìn)入限流狀態(tài)后，由于VOUT下降導(dǎo)致mos管兩端壓降增加，芯片內(nèi)部結(jié)溫上升，當(dāng)超過過溫保護(hù)門限時(shí)mos管被關(guān)閉，電流降至零，芯片溫度下降至重復(fù)開啟，如此循環(huán)。

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