大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中電源保護(hù)方案的設(shè)計(jì)方法

摘 要 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中的一類(lèi)題型是各種電源的設(shè)計(jì)和制作，并通常要求對(duì)電源的輸出進(jìn)行保護(hù)。本文提供一種完備的可自動(dòng)恢復(fù)截止式保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案，不僅滿足基本要求，還具備成自恢復(fù)功能，可以獲得發(fā)揮部分分?jǐn)?shù)?？晒﹨①悓W(xué)生做賽前訓(xùn)練和競(jìng)賽技術(shù)準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 過(guò)載保護(hù) 自動(dòng)恢復(fù) 截止式保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部高教司主辦的6個(gè)全國(guó)性學(xué)科競(jìng)賽之一。其中電源類(lèi)競(jìng)賽題型中，穩(wěn)壓源、恒流源和DC/DC電路是基礎(chǔ)內(nèi)容。在單元電路的基礎(chǔ)上，利用微處理器控制三者協(xié)同工作，可以為電源類(lèi)的題目提供解決方案。并經(jīng)常要求做過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)。本文介紹一種電源保護(hù)方案，可自動(dòng)恢復(fù)的截止式保護(hù)電路。該設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，完成競(jìng)賽基本要求，還實(shí)現(xiàn)過(guò)載消除后的自動(dòng)功能恢復(fù)，可以為設(shè)計(jì)增分。

可自動(dòng)恢復(fù)截止式保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

該電源的公共地為電源正極，輸入為大于-12.3V電壓，輸出穩(wěn)壓在-12V。設(shè)計(jì)方案中包含兩個(gè)功能模塊：一個(gè)是由Q9、Q10、Q11、Q13為核心的串聯(lián)穩(wěn)壓電路，輸出電壓經(jīng)過(guò)R17和R18分壓取樣，經(jīng)過(guò)Q9、Q10差分放大，控制Q11的Vce，以控制調(diào)整管Q13的漏源電壓，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。另一功能模塊由電壓比較器SF339、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8為核心組成的可自恢復(fù)截止式保護(hù)電路構(gòu)成，詳細(xì)工作原理如下。

電源正常工作時(shí)，輸出電流小于最大正常工作電流。電流取樣電阻R3上的電壓小于R1上的電壓，比較器同相端電壓大于反向端電壓，輸出高電平（約為0V）。Q7的基極電壓為R4和R5分得電壓，接近0V，Q7截止，進(jìn)而Q6、Q8、Q4都是截止?fàn)顟B(tài)。電路處于正常穩(wěn)壓調(diào)整工作狀態(tài)。

電源輸出端負(fù)載過(guò)重甚至短路時(shí)，輸出電流大于最大正常工作電流。電流取樣電阻R3上的電壓大于R1上的電壓，比較器同相端電壓小于反向端電壓，輸出底電平（約為-12V），Q7的基極電壓為R4和R5分得電壓，接近-3V。Q6和Q7組合可以看作可控硅，在-3V電壓的觸發(fā)下，迅速導(dǎo)通，進(jìn)而Q8、Q4導(dǎo)通。Q8的Vce電壓鉗制調(diào)整管Q13的柵源電壓，使其截止，輸出電流切斷，電源處于截止保護(hù)狀態(tài)。同時(shí)，Q4的導(dǎo)通，使C3通過(guò)R7和Q4充電，當(dāng)C3上端的電壓下降到去除D3壓降（約-6.6V），仍能使Q5導(dǎo)通，則Q6和Q7立即截止，進(jìn)而Q8、Q4截止。C3通過(guò)R6和D2放電，Q13解除被鉗位，恢復(fù)工作。此時(shí)，會(huì)有兩種可能：一種是負(fù)載過(guò)重情況消除，則電路自恢復(fù)，正常工作;另一種情況是負(fù)載仍然過(guò)重，則再次進(jìn)入輸出電流過(guò)大的情況，重復(fù)上述工作過(guò)程，進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。

上述可自動(dòng)恢復(fù)截止式保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)，可以賽前做訓(xùn)練準(zhǔn)備，制成模塊，在競(jìng)賽中稍加改變參數(shù)和調(diào)試，即可投入應(yīng)用。一定可為電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽增色不少。

參考文獻(xiàn)

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