今天小編要和大家分享的是過流保護電路相關信息,接下來我將從如何用運放打造一個過流保護電路,一種過流保護電路制造技術這幾個方面來介紹。

過流保護電路相關技術文章如何用運放打造一個過流保護電路一種過流保護電路制造技術

過流保護電路相關技術文章如何用運放打造一個過流保護電路

對一個成功設計的來說保護電路是至關重要的,過流保護常用于電源電路中,用于限制電源的輸出電流。“過流”這個詞是指負載上的電流超過了電源的供給限度。這是很危險的情況,而且很可能對電源造成損害。所以工程師們常用過流保護電路來將負載與電源的連接斷開,從而保護兩者。

使用運放打造過流保護

過流保護電路有許多種;其復雜程度取決于過流時保護電路的反應速度有過快。這里我們來介紹使用運放打造的過流保護電路,該設計可以輕易加入你的設計中去。

該設計加入了可調的過流閾值,同時還有失效時自動重啟功能。因為這是一個基于運放的過流保護電路,所以我們加入了運放作為驅動,這里用的是常見的LM358。下圖為LM358的引腳圖。

上圖可以看出,在這個IC內有兩個運放通道。然而我們只需要用到其中的一個。運放需要通過MOSFET來閉合(斷開)輸出負載。這里我們采用N通道的MOSFET IRF540N。如果負載電流大于500mA的話,建議使用合適的MOSFET散熱器。以下是IRF540N的引腳圖。

為了給運放和電路供電,還用到了LM7809線性穩壓器。這是一個9V 1A的線性穩壓器,且輸入電壓范圍廣。其引腳圖如下。

所需元器件

· 至少12V的電源

· LM358

· IRF540N

· 100uf/25V的電容

· 散熱器

· 50kΩ電位計

· 精度1%的1kΩ和100kΩ電阻

· 1MΩ電阻

· 1Ω分流電阻,額定功率為2W

過流保護電路

過流保護電路的設計思路是這樣的,運放來感知電路是否有過流發生,基于結果我們驅動MOSFET來將負載與電源相連/斷開。電路圖如下。

過流保護電路的工作原理

可以從上述電路圖看出,MOSFET IRF540N在正常與過流情況下控制負載的連接與關斷。但在關閉負載之前,檢測到負載電流很重要。而用于檢測電流的方法就是通過分流電阻R1,這是一個1Ω 2W的分流電阻。其測量電流方法被稱為分流電阻檢流。

當MOSFET導通時,負載電流從MOSFET的漏極流向源極,最后通過分流電阻導向GND。基于負載電流,分流電阻會產生一個壓降,這樣我們可以用歐姆定律來進行計算。假設1A的負載電流,則分流電阻上的壓降為1V,因為V=I x R。所以將該電壓與使用運放時的預設電壓相比,我們就可以檢測到過流并改變MOSFET的狀態,從而切斷負載。

運放常被用于數學運算,比如加法,減法和乘法等。然而,這個電路中,LM358的配置為比較器。由圖可知,該比較器會比較兩個值的大小。第一個值是分流電阻間的壓降大小,第二個值是用可調電阻或電位計RV1生成的預設電壓(參考電壓)。RV1的作用是分壓器。分流電阻間的壓降則導入比較器的反向引腳,而參考電壓則連接到比較器的同向引腳。

正因如此,如果感應電壓小于參考電壓的話,比較器會在輸出生成正電壓(接近比較器的VCC),反之則為負電壓(接地,所以此處為0V)。因此電壓足夠控制MOSFET的開關。

處理暫態響應/穩定性的問題

但當大負載與電源斷開連接時,瞬間的改變會在比較器上產生一個線性區間,這會造成一個循環導致比較器無法正常開關負載,且運放會變得不穩定。比如,假設用電位計將1A設置為MOSFET關斷的閾值。這時,比較器檢測到分流電阻間的壓降為1.01V,那么比較器會斷開負載。暫態響應提高了參考電壓,迫使比較器在一個線性區間工作。

解決該問題的最好辦法就是在比較器上使用穩定的電源,這樣瞬態改變不會影響比較器的輸入電壓和參考電壓。不僅如此,比較器上需要加入額外的滯后。在該電路中,我們使用的是線性穩壓器LM7809和滯后電阻R4,100kΩ的電阻。LM7809位比較器提供了合理的電壓,這樣電源線上的暫態改變不會影響比較器。C1,100uF電容則用于輸出電壓的濾波。

滯后電阻R4將小部分輸入導入到運放輸出上,從而在低閾值(0.99V)和高閾值(1.01V)間創造了一個電壓差。這樣達到閾值后比較器不會立即改變狀態,不僅如此,要使狀態從高到低,那么檢測電壓應低于低閾值(比如0.97V而不是0.99V),而要從低到高,檢測電壓應高于高閾值(比如1.03而不是1.01)。這會提升比較器的穩定性,并減少錯誤出發的情況。R2和R3則用于控制MOSFET柵極,R3是MOSFET柵極下拉電阻。

設計建議

· 輸出端的RC緩沖電路可以有效提高EMI性能。

· 特殊情況下可以使用更大的散熱器及特定的MOSFET。

· 完善的PCB板可以提升電路的穩定性。

· 分流電阻額定功率需要根據功率定律和負載電流進行調整。

· 為了小封裝可以采用mΩ級的低阻值電阻,但其壓降會變少。為了補償壓降可以增加一個合適增益的放大器。

· 如果要提高檢流精度的話,建議使用獨立的檢流放大器。

關于過流保護電路就介紹完了,您有什么想法可以聯系小編。

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