功率放大電路功率輸出器件的保護(hù)

梁子秀

鄭州鐵路技師學(xué)院，河南鄭州 450015

功率放大電路功率輸出器件的保護(hù)

梁子秀

鄭州鐵路技師學(xué)院，河南鄭州 450015

功率放大電路中，有一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是對(duì)器件進(jìn)行保護(hù)。如果沒(méi)有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)就很容易造成其輸出器件的過(guò)熱甚至損壞。本文主要介紹了功率放大器輸出器件的常用保護(hù)措施、電路及其原理分析，實(shí)用性較強(qiáng)。

功率放大電路；過(guò)流保護(hù)；過(guò)熱保護(hù)

在功率放大電路中應(yīng)采取必要的保護(hù)措施對(duì)功率輸出器件進(jìn)行保護(hù)，以保證其工作的正常進(jìn)行。保護(hù)措施通常有過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)兩種，本文以廣泛使用的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器為例簡(jiǎn)做說(shuō)明。

1 過(guò)流保護(hù)

1）作用：功率放大電路的過(guò)流保護(hù)電路用于防止電路的實(shí)際輸出電流大幅度超出正常工作的額定輸出電流,因電流過(guò)大造成功率輸出器件損壞。

2）電路形式及其原理分析：（1）MOSFET（場(chǎng)效應(yīng)管）互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的過(guò)流保護(hù)：

電路形式如圖1所示。由三極管T3、T4，電阻Rs1、Rs2以及二極管D1、D2構(gòu)成的過(guò)流保護(hù)電路對(duì)功率輸出管T1、T2進(jìn)行保護(hù)。Rs1、Rs2是兩個(gè)阻值很小的電阻，在正常情況下，T1、T1的源極電流流過(guò)Rs1、Rs2時(shí)在其上產(chǎn)生的電壓降低于0.6V，故過(guò)流保護(hù)三極管T3、T4均截止，不影響電路的正常工作。當(dāng)功率輸出管T1、T2的源極電流出現(xiàn)過(guò)流時(shí)，Rs1、Rs2上的電壓降就會(huì)超過(guò)0.6V，于是三極管T3、T4開(kāi)始導(dǎo)通，從而使功率MOSFET管T1、T2的柵-源電壓下降、漏極電流，達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。

圖 1 功放電路的過(guò)流保護(hù)電路

二極管D1、D2的作用是防止正常情況下三極管T3、T4的基出現(xiàn)誤導(dǎo)通。在輸入信號(hào)ui為負(fù)電壓時(shí)，T2導(dǎo)通，使輸出電壓uo也為負(fù)電壓。但由于P溝道MOSFET管T3的柵極-源極電壓需要-4V～-2V才會(huì)開(kāi)始導(dǎo)通，形成大電流輸出時(shí)，柵極-源極電壓將會(huì)達(dá)到-7V～-4V ，也即B點(diǎn)電位比輸出電壓低4V～-7V，這使得電路中A點(diǎn)的電位也可能低于輸出電壓uo。由于此時(shí)N溝道MOSFET管T1截止，輸出電壓uo就是三極管T3的基極電位。因此，如果沒(méi)有二極管D1，三極管T3的集電結(jié)就會(huì)因承受正向電壓而導(dǎo)通。同理，在輸入信號(hào)ui為正電壓時(shí)，二極管D2也可防止三極管T4的集電結(jié)導(dǎo)通。

（2）采用大雙極型功率三極管（GTR）為輸出級(jí)功率放大電路的過(guò)流保護(hù)：

電路形式如圖2所示。此過(guò)流保護(hù)電路形式與圖1基本相同，但二極管D1、D2被省去。這是由于GTR管的基極-發(fā)射極導(dǎo)通壓降比較低，當(dāng)輸出信號(hào)uo為負(fù)電時(shí)，T1、T2偏置電路保證了三極管T1的基極電位低于uo+0.7V，使T1處于截止?fàn)顟B(tài)。同時(shí)，T1的基極電位又高于uo，使過(guò)流保護(hù)三極管T3的集電結(jié)不會(huì)因承受正向電壓而導(dǎo)通。輸入信號(hào)uI為正電壓時(shí)，過(guò)流保護(hù)三極管T4的集電結(jié)也不會(huì)因承受正向電壓而導(dǎo)通。

圖2 GTR功 放電路的過(guò)流保護(hù)電路

2 過(guò)熱保護(hù)

1）作用：功率放大電路的過(guò)熱保護(hù)電路用于防止功率輸出器件因自身溫度過(guò)高而出現(xiàn)損壞。

2）電路形式：功率放大電路的過(guò)熱保護(hù)通常采用專用的集成開(kāi)關(guān)來(lái)完成。溫度開(kāi)關(guān)內(nèi)集成有熱敏元件，可以感知外界的溫度，當(dāng)外界溫度超過(guò)其溫度設(shè)定值時(shí)，即以邏輯信號(hào)形式反映出過(guò)熱信息。

MAX6502就是這樣的溫度開(kāi)關(guān)系列器件，其溫度設(shè)定值為45℃、55℃、65℃、75℃、85℃、95℃、105℃和115℃八種。其引腳及功能為：

（1）Vcc：電源引腳?？墒褂?.7V～5.5V的電源電壓；（2）GND：接地引腳。同時(shí)，SOT23-5封裝中的熱敏電阻通過(guò)此引腳感知環(huán)境溫度；（3）TOVER：輸出引腳，當(dāng)外界溫度超過(guò)芯片的溫度設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生邏輯輸出信號(hào)。其輸出端采用推拉式電路，當(dāng)外界溫度低于芯片的溫度設(shè)定值時(shí)，此引腳輸出低電平，當(dāng)外界溫度超過(guò)芯片的溫度設(shè)定值時(shí)，此引腳輸出高電平；（4）HYST：溫度滯環(huán)輸入引腳。當(dāng)此引腳接地時(shí)，溫度滯環(huán)為2℃，而此引腳接Vcc 時(shí)，溫度滯環(huán)為10℃。如使用溫度設(shè)定值為95℃的MAX6502芯片，若將HYST引腳接地，則當(dāng)外界溫度高于95℃時(shí)，TOVER引腳輸出高電平，并一直維持，至外界溫度低于93℃后，TOVER引腳輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?。而將HYST引腳接Vcc時(shí)，則當(dāng)外界溫度高于95℃時(shí)，TOVER引腳輸出高電平，并一直維持，至外界溫度低于85℃后，TOVER引腳輸出才轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖健?/p>

利用MAX6502的TOVER引腳輸出，可以控制電路在過(guò)熱時(shí)停止工作，也可以控制電路在過(guò)熱時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行降溫。以MAX6502控制風(fēng)扇啟停的電路如圖3所示。當(dāng)外界溫度超過(guò)MAX6502的溫度設(shè)定值時(shí)，TOVER引腳輸出高電平，使晶體管T1導(dǎo)通，風(fēng)扇加電工作。至外界溫度降于溫度設(shè)定值10℃后，TOVER引腳輸出低電平，使晶體管T1截止，風(fēng)扇停止工作。

圖3 MAX6502控制風(fēng)扇啟停電路

[1]林欣編著.功率電子技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社.

[2]楊幫文編著.新型實(shí)用功率放大電路錦集[M].人民郵電出版社.

[3][美]J.Michael Jacob著.功率電子學(xué)[M].蔣曉穎，譯.清華大學(xué)出版社.

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1674-6708（2011）37-0058-02