截止型過流保護電路的設計

李明

（天地科技股份有限公司北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013）

截止型過流保護電路的設計

李明

（天地科技股份有限公司北京中煤礦山工程有限公司，北京 100013）

介紹了幾種過流保護電路，并對其作了比較，重點介紹利用取樣電阻、電壓比較器及MOS管設計的截止型過流保護電路原理。

過流保護;電壓比較器;MOS管

Design and Application of Overload Protective Circuitby Stoppage

具備過流保護功能對電源來講至關重要，其不僅保護電源本身，防止了因短路等原因造成的電流過大燒壞電源，同時也滿足了特殊環(huán)境下的使用要求。例如煤礦井下等具有爆炸性氣體的環(huán)境中，在煤礦中使用沒有過流保護功能的電源是不可想象的，因此，為電源設計可靠的過流保護電路意義重大，本文介紹了利用取樣電阻、電壓比較器及MOS管設計的截止型過流保護電路原理。

1 限流型保護電路的工作原理

最簡單的限流保護電路是在電源輸出回路中串一限流電阻，如圖1所示，當負載電流增加時，會在限流電阻上產(chǎn)生壓降，電源的輸出電壓V=Vl+ Vr，式中V是電源電壓，Vr是限流電阻上的壓降。

圖1 限流型保護電路

電流越大限流電阻上的壓降越大，負載兩端的輸出電壓Vl越低，從而達到限流保護的作用。由于電路簡單，并能起到一定的保護作用，經(jīng)常被由電池供電的小型儀器采用。但對于大功率且要求有穩(wěn)定輸出的電源并不適用。

圖2是利用調(diào)整管Q1，過流保護管Q2和取樣電阻網(wǎng)絡構(gòu)成的限流保護電路。R1為檢流電阻，R2，R3為取樣電阻。負載正常工作時流經(jīng)R1上的電流很小，當負載電流增加，R1上的壓降隨之增加，經(jīng)R2，R3分壓后提供給三級管Q1的基級使之趨于導通，由于Q1的鉗位作用拉低了Q2管的基極電位，Q2管趨于截止，從而限制了電流的增加。不難看出Q2管相當于一個隨負載電流變化的線性電阻。

圖2 具有過流保護管的限流電路

雖然限流保護電路能提供保護作用，但保護后的電路仍能輸出電流，其大小為保護電路所設定的最大電流。

2 截止型保護電路的設計

截止型過流保護電路是一種最理想的電源保護電路，其消除了限流型保護電路的缺點，在負載電流過大或電源輸出端短路時作到輸出電流和輸出電壓為零或接近零，完全切斷了電源與負載之間的聯(lián)系。圖3是利用取樣電阻、電壓比較器、MOS管構(gòu)成的截止型保護電路。該電路雖結(jié)構(gòu)簡單，但靈敏度高，工作可靠，特別適合于煤礦本安電源的過流保護電路。

正常工作時，電壓比較器A的反向端輸入IN－電壓低于同向端輸入 IN+，A的輸出電壓為“1”，MOS管的柵極電位被Q1管箝位為低電位MOS管導通。當過載或短路引起電壓比較器反向端的電壓升高，當IN－電壓高于IN+的電壓時，比較器翻轉(zhuǎn)輸出為“0”，MOS管截止。這時的電源不再輸出電流，起到保護作用。

保護過程為:

圖3 截止型保護電路

式中，I為電流;Vin－為電壓比較器反向輸入端; Vout為電壓比較器輸出端。

圖3的電路雖然具備截止型過流保護電路的功能，但仍存在缺憾，理想的截止型過流保護電路應具備如下特點:

（1）反映速度快，當出現(xiàn)過載或短路時，電路能迅速提供保護。

（2）保護后電源輸出的電流和輸出電壓為零或接近零。

（3）具備自動恢復功能，即在負載正常工作和排除短路后，電源可自動恢復正常工作。

圖4是具備自動恢復功能的截止型過流保護電路，只是在圖3的基礎上增加了1個電壓比較器B，該電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但工作可靠，同時具備了截止型過流保護電路全部功能。電路不僅能提供過流保護，在外部電路故障解除后，電路能自動解除保護，使電源恢復正常工作。

圖4 具有自動恢復功能截止保護電路

3 結(jié)束語

截止型過流保護電路因其優(yōu)良的工作性能，廣泛應用在礦用防爆兼本安直流電源中，過流保護電路已成為煤礦井下本安電器設備中不可缺少的部分，保護電路的性能不僅影響到電源本身，同時也影響到整個礦井的生產(chǎn)安全。

［1］何希才，姜余祥.新型穩(wěn)壓電源及其應用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2002.

［2］王其崗.高性能電源保護電路［J］.電子技術應用，2001 （5）:44－46.

TM13

B

1006-6225（2011）04-0093-02

2011－06－21

李 明 （1953－），男，山東莒縣人，高級工程師，從事礦用儀器儀表的研究開發(fā)。

［責任編輯:王興庫］