電子工程師的雜貨鋪 | 過流保護的幾種實現(xiàn)方式

時間：2021-09-18 14:56:05

關(guān)鍵字：過流保護

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[導讀]▼點擊下方名片，關(guān)注公眾號▼過電流保護（OverCurrentProtection）就是當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保護方式。當流過被保護原件中的電流超過預先整定的某個數(shù)值時，保護裝置啟動。過流保護電路設(shè)計的幾種常用實現(xiàn)方式。1、過流保護元器件(保險絲)如上圖所示...

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過電流保護（Over Current Protection）就是當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保護方式。當流過被保護原件中的電流超過預先整定的某個數(shù)值時，保護裝置啟動。

過流保護電路設(shè)計的幾種常用實現(xiàn)方式。1、過流保護元器件(保險絲)如上圖所示保險絲分類有很多種，根據(jù)應(yīng)用可以具體情況具體選擇。保險絲是一種很常用的過流保護器件，尤其是正溫度系數(shù)（PTC）自恢復保險絲在電路設(shè)計中應(yīng)用更加廣泛。其外形如下圖所示，工作原理如下：當過電流現(xiàn)象發(fā)生時，PTC自恢復保險絲迅速反應(yīng)，其自身組織增加，從而形成過電流保護。當電流恢復正常，PTC自恢復保險絲會變回低阻值狀態(tài)，不會對電路產(chǎn)生影響。由于PTC自恢復保險絲可以自動復位，許多電路設(shè)計人員在可能會因用戶造成的故障而導致過電流事件的情況中選擇PTC自恢復保險絲，PTC通常接于如下結(jié)構(gòu)電路中進行過流保護。2、分立元器件搭建的保護電路
電路 1
原理上分析：首先左側(cè)CRTL-LOAD是單片機輸出開啟負載的控制端。CRTL-LOAD輸出高電平，Q2打開，負載LOAD-IN接入。負載正常的情況下電路不會有異樣，但是當負載突然變大(短路或者接錯負載情況下)時，保護電路開始起作用。下面分析一下過載保護部分的電路，即Q1、R3、R4、R5組成部分。Q1是常規(guī)的硅管，導通壓降大致在0.7V，上圖中在不接任何負載的情況下，Q1的基極電位可以計算出：
VQ1b=(R3 R4)/(R3 R4 R5)*5≈0.314V
因為當負載接入時，會在R3上產(chǎn)生壓降，從而推動Q1基極電位增大，我們默認理想情況下0.7V時，三極管Q1會動作，由此理論上可以計算出接入多大負載電路會關(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的負載，超過38.6mA之后，由于負載增大，導致Q1基極電位增大超過三極管理論開啟電壓0.7V導致Q1導通，從而拉低Q2基極，導致Q2關(guān)斷，最終切斷后面的大負載起到過流保護的作用。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，避免小封裝對應(yīng)大功耗導致器件過熱。Q2根據(jù)負載要求留有一定余量。注：此電路在實際操作中存在一定的問題，可以評論區(qū)針對這個電路的問題進行留言交流分享?？梢詫嶋H在仿真看一下就能看出來什么問題了。電路2
前段時間發(fā)了一篇硬件工程師必備的過壓保護電路，有網(wǎng)友留言這個電路可以改造變成一個過流保護電流，原理如下：在電源輸入端串一個采樣電阻到PMOS的源極S，那么這個采樣電阻就會有電壓差，三極管的be并到這個電阻，當壓差大于Vbe時，Vgs就0了，PMOS關(guān)閉，實現(xiàn)過流保護。修改前電路：

修改后電路：

3、集成芯片過流保護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芯片，過流保護芯片也被越來越多的應(yīng)用到電路設(shè)計中。
過流保護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，這種一般是可恢復的，當故障解除后自動恢復；

Latch off：一種是鎖定關(guān)閉，故障解除后也無法恢復，一旦保護后需要重啟（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)部具有欠壓保護功能及使能引腳EN，同時內(nèi)部集成電流檢測及熱保護功能。

使能及欠壓保護功能：

當EN引腳使能且輸入電壓高于UVLO門限電壓時，芯片啟動，內(nèi)部功率mos管打開，呈現(xiàn)低阻抗狀態(tài)。當EN引腳失能或者輸入電壓低于UVLO時，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)會略有不同。限流公式手冊中一般也會給出或者用表格的形式列舉出來。

過流保護功能：

當輸出電流超過設(shè)定的門限電流后，內(nèi)部功率mos管的導通電阻增大，輸出電壓VOUT增大，從而限制輸出電流繼續(xù)增大，芯片此時進入恒流狀態(tài)，如果負載繼續(xù)加重，那么輸出電壓VOUT會繼續(xù)下降，輸出電流也會下降，直到VOUT降至接近0V，輸出電流也會將至最低。

過熱保護功能：

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

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