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【經(jīng)典電路】限流保護(hù)電路圖文分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-04-07 

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【經(jīng)典電路】限流保護(hù)電路圖文分析-KIA MOS管


下圖是一個(gè)經(jīng)典的限流保護(hù)電路,本文分析一下其工作原理和限流保護(hù)機(jī)制。


限流保護(hù)電路

圖 1 經(jīng)典限流保護(hù)電路


限流保護(hù)電路工作原理

Q1 和 Q2 構(gòu)成互鎖電路,即 Q1 導(dǎo)通時(shí) Q2 截止,Q2 導(dǎo)通時(shí) Q1 截止。


在上電之后,這兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通順序由 C1-R2-R3,C2-R1 決定。即在上電之后,由于電容兩端電壓不能突變,Q1 的基極電壓將由電容 C1 負(fù)極電壓 VCC 經(jīng)過 R2,R3 逐漸減小至 0V;而 Q2 的基極電壓將由 C2 負(fù)極電壓 VCC 經(jīng)過 R1 逐漸減小至 0V。


通過計(jì)算可以得知,Q1 的基極電壓為 0 時(shí),需要 20ms 的時(shí)間,而 Q2 的基極電壓為 0 時(shí),只需要 3ms 的時(shí)間,也就是說 Q2 的基極電壓的下降速度是 Q1 的 7 倍。因此,Q2 將先于 Q1 導(dǎo)通,Q2 導(dǎo)通之后,Q1 截止。


限流保護(hù)電路

圖 2 Q1 和 Q2 基極電壓的變化時(shí)間


另外,該限流保護(hù)電路在限流保護(hù)狀態(tài)下不能恢復(fù),雖然 Q1 處于導(dǎo)通狀態(tài),輸出電壓也為 VCC,但是由于 R2 串聯(lián)其中,所以驅(qū)動(dòng)能力非常小,如果能讓電路恢復(fù),可增加 R4。


圖 1 中的三極管可以換為 P 溝道 MOSFET IRLML5203,圖 3 是示波器抓取的限流電路工作波形,C1 是 Q1 的基極電壓,C2 是 Q2 的基極電壓,C3 是輸出電壓,C4 是電源電壓 VCC=12V。


限流保護(hù)電路

圖 3 限流電路啟動(dòng)時(shí)的波形


根據(jù)上圖可以看出,在上電之后,Q1 和 Q2 的基極電壓瞬間達(dá)到電源電壓,隨后 Q1 和 Q2 的基極電壓均下降,只是 Q2 的基極電壓下降的較快,大約在 300us 的時(shí)間,Q2 導(dǎo)通,輸出端開始有電壓,隨后 Q2 基極電壓繼續(xù)下降,直至電壓為 0V,在此期間 Q1 基極電壓被拉高。


限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制

下圖是輸出對(duì)地短路情況時(shí)電源上電的波形圖:


限流保護(hù)電路

圖 4 限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制波形


當(dāng)輸出對(duì)地短路時(shí),上電之后,仍是 Q2 先導(dǎo)通,隨后電源對(duì)地短路,電源電壓急劇下降并反彈(電源電壓急劇下降過程中,Q1、Q2 和電源電壓的下降速度為 Q2>Q1>電源電壓,說明電容 C1 和 C2 還在持續(xù)放電)。


電源電壓反彈之后,Q1 和 Q2 的基極電壓均再次下降,Q2 的下降速度仍快于 Q1,直至 Q1 導(dǎo)通,Q2 截止,電源電壓恢復(fù)正常,Q1 和 Q2 的基極電壓也由 C1 和 C2 充電恢復(fù)正常,最后,Q1 的基極電壓降至 0V,Q2 的基極電壓升高至 VCC。


不同電源電壓的保護(hù)特性

下面將電源電壓設(shè)置為 3.3V,測(cè)試限流保護(hù)電路的工作情況和保護(hù)機(jī)制:


限流保護(hù)電路


不同 P 溝道 MOSFET 的保護(hù)特性

下面將 P 溝道 MOSFET 換為驅(qū)動(dòng)能力更小的 BSS84PW,電源電壓 VCC=12V,測(cè)試限流保護(hù)電路的工作情況和保護(hù)機(jī)制:


限流保護(hù)電路


在工作中輸出對(duì)其他電源短路情況下限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制

在電源電壓 VCC=12V 與一個(gè)小的電源電壓(3.3V 或者 5V)短路,測(cè)試限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制。


限流保護(hù)電路

圖 10 輸出與 3.3V 電源短路


這種情況下,Q1 處于截止?fàn)顟B(tài),Q2 一直處于導(dǎo)通狀態(tài),輸出 12V 電壓,也就是說 12V 電壓將 3.3V 的電壓拉高了。


限流保護(hù)電路的器件選型

根據(jù)上述分析的限流保護(hù)電路的工作原理可以得出:

1. P 溝道 MOSFET 或者 PNP 三級(jí)管的驅(qū)動(dòng)能力要大于負(fù)載的工作電流,小于被保護(hù)電源芯片的輸出電流;


2. 阻容的選擇要保證 Q2 的導(dǎo)通時(shí)間小于 Q1 的導(dǎo)通時(shí)間,總體的切換時(shí)間要合適,減小該限流保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間。


3. 如果要同時(shí)保護(hù)對(duì)地短路和對(duì)小電源電壓保護(hù)的情況,可以在輸出端串接一個(gè)二極管,二極管對(duì)電源造成的壓降要滿足負(fù)載的要求。



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