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一种新颖的过热保护电路的设计

一种新颖的过热保护电路的设计
一种新颖的过热保护电路的设计

万方数据

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676方刘禄等:一种新颖的过热保护电路的设计2009年

测试结果如图7所示,其中,温度曲线是通过测试图4中Ⅵ电位折算而来。对于由外界设定的1A输出电流和3.3V输出电压,系统上电后,芯片温度快速上升;当温度升高到105℃附近时,输出电流迅速下降并趋于某值,同时,芯片温度也趋于恒定105℃。

图5热调节电路的版图

Fig.5Layoutofthethermalregulator

—\..

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图6热调节环路幅频和相频曲线

Fig.6Bodeplotofthethermalregulationloop

图7芯片温度和输出电流测试曲线

№7Testresultofchiptemperatureandoutputcurvet5结论

本文通过分析传统过热保护电路的弊端,提出了一种新颖的基于闭环控制的热调节电路;主要分析了热调节电路实现恒温工作的原理及热调节环路的小信号建模。通过测试,验证了提出的热调节电路在芯片需要过热保护时,可以保证芯片在无过热危险的前提下输出功率最大化。

参考文献:

[1]SZEKELYV,RENCZM,COURTOIS13.TracingthethermalbehaviorofICs[J].IEEEDesign&Test

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PowerElecSpecCo吐Apos.2005:608—612.

[12]ALANH.Theartofanaloglayout[M].北京:清华大学出版社,2003.

作者简介:

方刘禄(1980一),男(汉族),湖北人,2004年毕业于武汉大学电子工程专业,获

学士学位,主要从事数模混合集成电路的

设计与研究。

万方数据

一种新颖的过热保护电路的设计

作者:方刘禄, 张武全, 刘艳

作者单位:芯原微电子(上海)有限公司,上海,201204

刊名:

微电子学

英文刊名:MICROELECTRONICS

年,卷(期):2009,39(5)

参考文献(12条)

1.MEIJER G C M Temperature sensors and voltage references implemented in CMOS technology 2001(03)

2.PERTIJS M A P;NIEDERKORNA;MA X A CMOS smart temperature sensor with a 3σ inaccuracy

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3.LTC4054-

4.2-Standalone linear Li-ion battery charger with thermal regulation in thin SOT 2003

4.ALAN H The art of analog layout 2003

5.LINEYKIN S;Ben-Yaakov S PSPICE-compatible equivalent circuit of thermoelectric coolers 2005

6.RAZAVI B Design of analog CMOS integrated circuits 2001

7.LEE C C;PALISOC A L;MIN Y J Thermal analysis of integrated circuit devices and packages 1989(04)

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10.NAGEL M H;FONDERIE M J;MEIJER G C M Integrated 1V thermal shutdown circuit 1992(10)

11.CHENG Y K;KANG S M Fast thermal analysis for CMOS VLSIC reliability 1996

12.SZEKELY V;RENCZ M;COURTOIS B Tracing the thermal behavior of ICs 1998(15)

本文链接:https://www.doczj.com/doc/0c2162946.html,/Periodical_wdzx200905020.aspx

防反接保护电路

防反接保护电路 防反接保护电路 1,通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示: 这种接法简单可靠,但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT,额定管压降为0.7V,那么功耗至少也要达到:Pd=2A×0.7V=1.4W,这样效率低,发热量大,要加散热器。 2,另外还可以用二极管桥对输入做整流,这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是,二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时,图1中的电路功耗为1.4W,图2中电路的功耗为2.8W。 图1,一只串联二极管保护系统不受反向极性影响,二极管有0.7V的压降 图2 是一个桥式整流器,不论什么极性都可以正常工作,但是有两个二极管导通,功耗是图1的两倍MOS管型防反接保护电路 图3利用了MOS管的开关特性,控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路,由于功率MOS管的内阻很小,现在MOSFET Rds(on)已经能够做到毫欧级,解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。 极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS,其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端,其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS,其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端,其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接,保护用场效应管会形成断路,防止电流烧毁电路中的场效应管元件,保护整体电路。 具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示

一种新颖的过热保护电路的设计

万方数据

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676方刘禄等:一种新颖的过热保护电路的设计2009年 测试结果如图7所示,其中,温度曲线是通过测试图4中Ⅵ电位折算而来。对于由外界设定的1A输出电流和3.3V输出电压,系统上电后,芯片温度快速上升;当温度升高到105℃附近时,输出电流迅速下降并趋于某值,同时,芯片温度也趋于恒定105℃。 图5热调节电路的版图 Fig.5Layoutofthethermalregulator —\.. 、。\ i\ l 图6热调节环路幅频和相频曲线 Fig.6Bodeplotofthethermalregulationloop 图7芯片温度和输出电流测试曲线 №7Testresultofchiptemperatureandoutputcurvet5结论 本文通过分析传统过热保护电路的弊端,提出了一种新颖的基于闭环控制的热调节电路;主要分析了热调节电路实现恒温工作的原理及热调节环路的小信号建模。通过测试,验证了提出的热调节电路在芯片需要过热保护时,可以保证芯片在无过热危险的前提下输出功率最大化。 参考文献: [1]SZEKELYV,RENCZM,COURTOIS13.TracingthethermalbehaviorofICs[J].IEEEDesign&Test ofComputers,1998,2(15):14—21. [2]CHENGYK,KANGSMFastthermalanalysisforCMCrSVLSICreliability[C]//IEEECustomIntegrated CircuitsCOCoSanDiego,CA,USA1996:479-482.[3]NAGEI。MH,FONDERIEMJ,MEUERGCM,etaLIntegrated1Vthermalshutdowncircuit[J].IEEE ElecLett,1992,28(10):969-970. [4]SAKAMOTf)K,YOSHIDAI,(汀AKAS。etaLPowerMOSFETwithhold-typethermalshutdown function[c]//ProcIEEEIntSympPowerSemicond Dev&IC.1992:238—239. [5]FRANK.Thermalshutdowncircuit[P].USPatent:6816351,2004. [6]LEECC,PALISOCAL,MINYJ.TherrnaIanalysisofintegratedcircuitdevicesandpackages[J].IEEE TransComponents,Hybrids,andManufacturing Technology,1989,12(4):701-709. [73LTCA054-4.2一Stand【alonelinearLi-ionbatterycharg-er withthermalregulationinthinSCrF[Z].Datashe-et,LinearTechnolCorp,2003. [8]PERTIJSMAP,NIEDERKORNA,MAX,etaLAC~ICIssmarttemperaturesensorwitha30inaccuracy of士o.5℃from一50℃to120℃[J].IEEEJSolSta Cire,2005,40(2):454—461. [9]MEIJ『ERGCMTemperaturesensorsandvoltageref—erencesimplementedinCMOStechnology[J].IEEE SensorsJ,2001,1(3):225—234. [10]RAZAVIRDesignofanalogCMOSintegratedcircuits[M].InternationalEdition,Singapore:McGraw-Hill BookCo—Singapore,2001:246—285. [113LINEⅥ(INS,Ben-YaakovSPSPICE-compatibleequivalentcircuitofthermoelectriccoolers[C]// PowerElecSpecCo吐Apos.2005:608—612. [12]ALANH.Theartofanaloglayout[M].北京:清华大学出版社,2003. 作者简介: 方刘禄(1980一),男(汉族),湖北人,2004年毕业于武汉大学电子工程专业,获 学士学位,主要从事数模混合集成电路的 设计与研究。 万方数据

完整版信号口浪涌防护电路设计

信号口浪涌防护电路设计 通讯设备的外连线和接口线都有可能遭受雷击(直接雷击或感应雷击),比如交流供电线、用户线、ISDN接口线、中继线、天馈线等,所以这些外连线和接口线均应采取雷击保护措施。 设计信号口防雷电路应注意以下几点: 1、防雷电路的输出残压值必须比被防护电路自身能够耐受的过电压峰值低,并有一定裕量。 2、防雷电路应有足够的冲击通流能力和响应速度。 3、信号防雷电路应满足相应接口信号传输速率及带宽的需求,且接口与被保护设备兼容。 4、信号防雷电路要考虑阻抗匹配的问题。 5、信号防雷电路的插损应满足通信系统的要求。 6、对于信号回路的峰值电压防护电路不应动作,通常在信号回路中,防护电路的动作电压是信号回路的峰值电压的1.3~1.6倍。 1.1网口防雷电路 网口的防雷可以采用两种思路:一种思路是要给雷电电流以泄放通路,把高压在变压器之前泄放掉,尽可能减少对变压器影响,同时注意减少共模过电压转为差模过电压的可能性。另一种思路是利用变压器的绝缘耐压,通过良好的器件选型与PCB设计将高压隔离在变压器的初级,从而实现对接口的隔离保护。下面的室外走线网口防雷电路和室内走线网口防雷电路就分别采用的是这两种思路。 1.1.1室外走线网口防雷电路 设计。1当有可能室外走线时,端口的防护等级要求较高,防护电路可以按图 R1TX组合式G1PE,低节电容TVS R2 R3组合式RXG2PE,低节电容TVS R4a 变/22.23R097CXTXUNUSESLVU2.8-UNUSE10/10TXTXENTERNERX PH RXUNUSETXUNUSERX RJ47777RXVCVCCGND b 1 室外走线网口防护电路图从图中可以看出该电路的结构与室给出的是室外走线网口防护电路的基本原理图,图1aTVS口防雷电路类似。共模防护通过气体放电管实现,差模防护通过气体放电管和外走线E1它可以同时是三极气体放电管,,型号是3R097CXAG1管组成的二级防护电路实现。图中和G2使电阻,/2W起到两信号线间的差模保护和两线对地的共模保护效果。中间的退耦选用2.2Ω防雷性能电阻值在保证信号传输的前提下尽可能往大选取,前后级防护电路能够相互配合,因为网口传输速率高,在网口防雷TVS后级防护用的管,Ω。会更好,但电阻值不能小于2.21b图。SLVU2.8-4这里推荐的器件型号为管需要具有更低的结电容,TVS电路中应用的组合式 就是采用上述器件网口部分的详细原理图。 三极气体放电管的中间一极接保护地PGND,要保证设备的工作地GND和保护地PGND通过PCB走线在母板或通过电缆在结构体上汇合(不能通过0Ω电阻或电容),这样才能减小GND和PGND的电位差,使防雷电路发挥保护作用。 电路设计需要注意RJ45接头到三极气体放电管的PCB走线加粗到40mil,走线布在TOP层或BOTTOM层。若单层不能布这么粗的线,可采取两层或三层走线的方式来满足走线的宽度。退耦

过电压保护电路汇总

新疆大学 课程设计报告 所属院系:科学技术学院 专业:电气工程及其自动化 课程名称:电子技术基础上 设计题目:过电压保护电路设计 班级:电气14-1 学生姓名:庞浩 学生学号:20142450007 指导老师: 常翠宁 完成日期:2016. 6. 30

1.双向二极管限幅电路

图2 经典过电压保护电路 经典过电压保护电路虽然有许多优点,但是由于Multisim 12.0中无法找到元件 MAX6495,无法进行仿真,所以不选用该方案。 3.智能家电过电压保护电路 电路原理:该装置工作原理见图,电容器C1将220V 交流市电降压限流后,由二极管1D V 、 2D V 整流,电容器2C 担任滤波,得到12V 左右的直流电压。当电网电压正常时, 稳压二极管VDW 不能被击穿导通,此时三极管VT 处于截止状态,双向可控硅VS 受到电压触发面导通,插在插座XS 中的家电通电工作。(图3) 图3 智能家电过压保护电路 如果电网电压突然升高,超过250V ,此时在RP 中点的电压就导致VDW 击穿导通,VDW 导通后,又使得三极管VT 导通,VT 导通后,其集电极—发射极的压降很小,不足以触发VS ,又导致VS 截止,因此插座XS 中的家电断电停止工作,因而起到了保护的目的。一旦电网电压下降,VT 又截止,VT 的集电极电位升高,又触发VS 导通,家电得电继续工作。 R 电阻5.1K1,RP 电位器15K 选用多圈精密电位器1,C1金属化纸介电容0.47uF 耐压≥400V1,C2电解电容100uF/25V1,1D V 、 2D V 整流二极管IN40072,VDW 稳压二极管 12V 的2CW121,VT 晶体三极管3DA87C 、3DG12等1,VS 双向可控硅6—10A 耐压≥600V1,CZ 电源插座10A 250V1 该装置的调试十分简单,当电网电压为220V 时,调整RP ,使VDW 不击穿,当电压升高至250V ,VT 饱和导通即可,调试时用一调压变压器来模拟市电的变化更方便。 优点:能够保护家用电器避免高电压的冲击带来的伤害,、 缺点:需要购买二极管,NPN 型BJT 以及双向可控硅VS ,不太经济。

直流保护电路

常用直流开关电源的保护电路设计 概述 随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3]。同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2开关电源的原理及特点 2.1工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V,激励信号,续流二极管Vp,储能电感和滤波电容C组成。实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点 为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开

发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高, 3直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,本文根据不同的情况设计了多种保护电路。 3.1过电流保护电路 在直流开关电源电路中,为了保护调整管在电路短路、电流增大时不被烧毁。其基本方法是,当输出电流超过某一值时,调整管处于反向偏置状态,从而截止,自动切断电路电流。如图1所示,过电流保护电路由三极管BG2和分压电阻R4、R5组成。电路正常工作时,通过R4与R5的压作用,使得BG2的基极电位比发射极电位高,发射结承受反向电压。于是BG2处于截止状态(相当于开路),对稳压电路没有影响。当电路短路时,输出电压为零,BG2的发射极相当于接地,则BG2处于饱和导通状态(相当于短路),从而使调整管BG1基极和发射极近于短路,而处于截止状态,切断电路电流,从而达到保护目的。

过流保护电路设计

过流保护电路如上图所示。此电路是过流保护电路,其中100kΩ电阻用来限流,通过比较器LM311 对电流互感器采样转化的电压进行比较,LM311的3脚接一10kΩ电位器来调比较基准电压,输出后接一100Ω的电阻限流它与后面的220μF的电容形成保护时间控制。当电流过流时比较器输出是高电平产生保护,使SPWM不输出,控制场效应管关闭,等故障消除,比较器输出低电平,逆变器又自动恢复工作。 1.第一个部分是电阻取样...负载和R1串联...大家都知道.串联的电流相等...R2上的电压随着负载的电流变化而变化...电流大,R2两端电压也高...R3 D1组成运放保护电路...防止过高的电压进入运放导致运放损坏...C1是防止干扰用的... 2.第二部分是一个大家相当熟悉的同相放大器...由于前级的电阻取样的信号很小...所以得要用放大电 路放大.才能用...放大倍数由VR1 R4决定... 3.第三部分是一个比较器电路...放大器把取样的信号放大...然后经过这级比较...从而去控制后级的动作...是否切断电源或别的操作...比较器是开路输出.所以要加上上位电阻...不然无法输出高电平... 4.第四部分是一个驱动继电器的电路...这个电路和一般所不同的是...这个是一个自锁电路... 一段保护 信号过来后...这个电路就会一直工作...直到断掉电源再开机...这个自锁电路结构和单向可控硅差不多. 1 采用电流传感器进行电流检测过流检测传感器的工作原理如图1所示。通过变流器所获得的变流器次级电流经I/V转换成电压,该电压直流化后,由电压比较器与设定值相比较,若直流电压大于设定值,则发出辨别信号。但是这种检测传感器一般多用于监视感应电源的负载电流,为此需采取如下措施。由于感应电源启动时,启动电流为额定值的数倍,与启动结束时的电流相比大得多,所以在单纯监视电流电瓶的情况下,感应电源启动时应得到必要的输出信号,必须用定时器设定禁止时间,使感应电源启动结束前不输出不必要的信号,定时结束后,转入预定的监视状态。 2 启动浪涌电流限制电路开关电源在加电时,会产生较高的浪涌电流,因此必须在电源的输入端安装防止浪涌电流的软启动装置,才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围内。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起,在开关管开始导通的瞬间,电容对交流呈现出较低的阻抗。如果不采取任何保护措施,浪涌电流可接近数百A。 开关电源的输入一般采用电容整流滤波电路如图2所示,滤波电容C可选用低频或高频电容器,若用低频电容器则需并联同容量高频电容器来承担充放电电流。图中在整流和滤波之间串入的限流电阻Rsc是为了防止浪涌电流的冲击。合闸时Rsc限制了电容C的充电电流,经过一段时间,C上的电压达到预置值或电容C1上电压达到继电器T动作电压时,Rsc被短路完成了启动。同时还可以采用可控硅等电路来短接Rsc。当合闸时,由于可控硅截止,通过Rsc对电容C进行充电,经一段时间后,触发可控硅导通,从而短接了限流电阻Rsc。 3 采用基极驱动电路的限流电路在一般情况下,利用基极驱动电路将电源的控制电路和开关晶体管隔离开。控制电路与输出电路共地,限流电路可以直接与输出电路连接,工作原理如图3所示,当输出过载或者短路时,V1导通,R3两端电压增大,并与比较器反相端的基准电压比较。控制PWM信号通断。 4 通过检测IGBT的Vce 当电源输出过载或者短路时,IGBT的Vce值则变大,根据此原理可以对电路采取保护措施。对此通常使用专用的驱动器EXB841,其内部电路能够很好地完成降栅以及软关断,并具有内部延迟功能,可以消除干扰产生的误动作。其工作原理如图4所示,含有IGBT过流信息的Vce不直接发送到EXB841 的集电极电压监视脚6,而是经快速恢复二极管VD1,通过比较器IC1输出接到EXB841的脚6,从而消除正向压降随电流不同而异的情况,采用阈值比较器,提高电流检测的准确性。假如发生了过流,驱动器:EXB841的低速切断电路会缓慢关断IGBT,从而避免集电极电流尖峰脉冲损坏IGBT器件。 为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或过载,致使调整管流过很大的电流,使之损坏。故需有快速保护措施。过流保护电路有限流型和截流型两种。 限流型:当调整管的电流超过额定值时,对调整管的基极电流进行分流,使发射极电流不至于过大。图4-2为其简要电路图。图中R为一小电阻,用于检测负载电流。当IL不超过额定值时,T1、截止;当IL 超过额定值时,T'1导通,其集电极从T1的基极分流。从而实现对T1管的保护

直流电源过电压过流保护电路

直流电源过电压、欠电压及过流保护电路 该保护电路在直流电源输入电压大于30V或小于18V或负载电 流超过35A时,晶闸管都将被触发导 通,致使断路器QF跳闸。图中,YR 为断路器QF的脱扣线圈;KI为过电 流继电器。 带过流保护的电动自行车无级调速电路

图中,RC为补偿网络,以改善电动机的力矩特性。具体数值由实验决定。 电路如图16-91所示。它适用于电动自行车或电动三轮车。调节电位器RP,可改变由555 时基集成电路A组成的方波发生器的方波占空比,达到调速的目的。Rs是过电流取样电 阻,当电动机过载时,Rs上的压降增大,使三极管VTz导通,触发双向晶闸管V导通,分 流了部分负载,从而保护了功率管VTi。 过流保护用电子保险的制作电路图 本电路适用于直流供电过流保护,如各种电池供电的场合。 如果负载电流超过预设值,该电子保险将断开直流负载。重置电路时,只需把电源关掉,然后再接通。该电路有两个联接点(A、B标记),可以连接在负载的任意一边。 负载电流流过三极管T4、电阻R10和R11。A、B端的电压与负载电流成正比,大多数的电压分配在电阻上。当电源刚刚接通时,全部电源电压加在保险上。三极管T2由R4的电流导通,其集电极的电流值由下式确定:VD4=VR7+0.6。因为D4上的电压(VD4)和R7上的电压(VR7)是恒定的,所以T2的集电极电流也是恒定。该三极管提供稳定的基极电流给T3,因而使其导通,接着又提供稳定的基极电流给T4。保险导电,负载有电流流过。当电源刚接通时,电容器C1提供一段延时,从而避免T1导电和保持T2断开。

保险上的电压(VAB)通常小于2V,具体值取决于负载电流。当负载电流增大时,该电压升高,并且在二极管D4导通时,达到分流部分T2的基极电流,T2的集电极电流因而受到限制。由此,保险上的电压进一步增大,直到大约4.5V,齐纳二极管D1击穿,使T1导通,T2便截止,这使得T3和T4也截止,此时保险上的电压增大,并且产生正反馈,使这些三极管保持截止状态。 C1的作用是给出一段短时延迟,以便保险可以控制短时过载,如象白炽灯的开关电流,或直流电机的启动电流。因此,改变C1的值可以改变延迟时间的长短。该电路的电压范围是10~36V的直流电,延迟时间大约0.1秒。对于电路中给出的元件值,负载电流限制为1A。通过改变元件值,负载电流可以达到10mA~40A。选择合适额定值的元件,电路的工作电压可以达到6~500V。通过利用一个整流电桥(如下面的电源电路),该保险也可以用于交流电路。电容器C2提供保险端的瞬时电压保护。二极管D2避免当保险上的电压很低时,C1经过负载放电。 过压过流保护器电路图 当电源供给电压或负载吸取的电流太大时,下图电路可断开负载给出故障指示。 正常工作时,Tr1和Tr2均截止,555复位,555中的放电晶体管导通,它从Tr3基极吸取电流,使Tr3处开饱和,电源5~12V便直接送主负载。当负载吸取电流超过规定值时,Rsc上压降增加,使Tr1导通,555被触发,于是内部放电晶体管截止,跟着Tr3也截止,将电源与负载隔离,这时555处于单稳状态,单稳时间一到,只要负载过流现象不排除,555又重新触发,Tr3继续将负载隔离。

开关电源保护电路

开关电源保护电路 为使开关电源在恶劣环境及突发故障状况下安全可靠,提出了几种实用的保护电路,并对电路的工作原理进行了详尽分析。 关键词:开关电源;保护电路;可靠性 1 引言 评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下,为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,必须设计多种保护电路,比如防浪涌的软启动,防过压、欠压、过热、过流、短路、缺相等保护电路。 2 开关电源常用的几种保护电路 2.1 防浪涌软启动电路 开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。 图1是采用晶闸管V和限流电阻R1组成的防浪涌电流电路。在电源接通瞬间,输入电压经整流桥(D1~D4)和限流电阻R1对电容器C充电,限制浪涌电流。当电容器C充电到约80%额定电压时,逆变器正常工作。经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R1,开关电源处于正常运行状态。 图1 采用晶闸管和限流电阻组成的软启动电路

图2是采用继电器K1和限流电阻R1构成的防浪涌电流电路。电源接通瞬间,输入电压经整流(D1~D4)和限流电阻R1对滤波电容器C1充电,防止接通瞬间的浪涌电流,同时辅助电源V cc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的电压达到继电器K1的动作电压时,K1动作,其触点K1.1闭合而旁路限流电阻R1,电源进入正常运行状态。限流的延迟时间取决于时间常数(R2C2),通常选取为0.3~0.5s。为了提高延迟时间的准确性及防止继电器动作抖动振荡,延迟电路可采用图3所示电路替代RC延迟电路。 图2 采用继电器K1和限流电阻构成的软启动电路 图3 替代RC的延迟电路 2.2 过压、欠压及过热保护电路 进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制,为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。 温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%,温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6,为了避免功率器件过热造成损坏,在开关电源中亦需要设置过热保护电路。

USB电路保护图..

车载ECU的安全性能要求很高,在电气、物理、化学等各方面,各大汽车厂商通常都有自己严格的标准。一般情况下,车载ECU的外部接口都要有各种故障保护电路,其中最重要的莫过于对车载12V电源或对地发生短路时的保护电路。由于USB接口可以直接输出5伏电源,所以短路保护显得尤为重要。本文设计的保护电路可以实现对USB电源输出线的有效保护,无论USB电源输出线VBUS发生对12V电源还是对地短路,均不影响车载ECU内部电路的正常工作,实现了本质安全级的短路保护。 1、前言 为了保证行车安全,车载ECU的安全性能要求很高,在设计时便要保证故障发生率尽量低。作为目前应用最为广泛的移动外设与主机间通讯接口,USB(Universal Serial Bus)具有成本低、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点,在车载娱乐和存储设备上获得了广泛的应用。因为USB接口提供了内置电源,可提供 500mA以上的电流,对于一些功率较大的设备,如移动硬盘等,其瞬时驱动电流则可达到1A以上。如果车载ECU上带有像USB总线这种可以直接输出电源的接口,为防止接口电路发生对电源或对地短路时损坏机体,其接口部分通常都应具有保护电路,以便执行故障自诊断和保护功能。当系统产生故障时,它能在存储体中自动记录故障代码并采用保护措施,防止系统损坏,避免引起安全事故。 2、电路设计 利用比较器并结合外围电路,本文设计了一种可以自动探测USB电源输出线是否发了对12V电源或地短路,并且可以在短路故障发生时自动切断电源供应的保护电路。另外,如果探测到联接设备不在支持的USB设备之列,系统也可以借助本电路主动断开电源供应,并自动根据设备的连接状态实现对电源供应的控制。具体电路如图1所示。 图1 USB VBUS短路保护电路 图中MN1和MN2是USB电源通道上的两个MOSFET,用于控制5伏电源的输出,它们的G端都连接到比较器的输出端上。比较器的正端电位值受 3.3伏和VBUS共同影响,负端电位值由Umid通过电阻分压来决定,Umid的值总是与VCC5V和VBUS中的大者相同。本充分发挥二极管的正向导通和反向截止的作用,并对MOS管中快恢复二极管加以利用,利用一个比较器便可以构成一个窗口比较器。如果VBUS上的电压落在窗口之外(例如12V供电电压或地电平),那么比较器输出低电平,关断供电线的MOS管。这样既使12V电压无法进入系统内部,也防止了系统5V供电因为对地短路而发生过流,起到了保护系统不受短路侵扰的作用。 3、功能论证

防护电路设计(SMBJ、肖特基二极管)

防护电路设计 1.防护电路中的元器件 1.1过压防护器件 1.1.1钳位型过压防护器件 ①压敏电阻 MOV电路符号 压敏电阻英文varistor或MOV,它以氧化锌为基料,加入多种添加剂,经过混料造粒, 压制成坯体,高温烧结,两面印烧银电极,焊接引出端,最后包封等工序而制成。 优点是价格便宜,通流量大,响应速度快,缺点是寄生电容大,不适合用在高频电路中。 压敏电阻器广泛应用于家用电器及其它电子产品中,起过电压保护、防雷、抑制浪涌电 流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。 压敏电压的选择:交流电路其最小值一般选择被保护设备电压2-3倍,直流电路选取为 工作电压的1.8-2倍。 由于压敏制作时可能存在微小缺陷,或者当承受不同电流冲击,造成管芯的压敏电阻体 分布不均,一些部位电阻会降低,导致漏电流增加,最终导致薄弱点微融化,最终导致 老化。所以一般串接热熔点来避免。 压敏可串并联使用。 ②TVS TVS电路符号 TVS是一种限压型的过压保护器,它将过高的电压钳制至一个安全范围,藉以保护后 面的电路,有着比其它保护元件更快的反应时间,这使TVS可用在防护lighting、 switching、ESD等快速破坏性瞬态电压。 特点:可分为单双向,响应时间快、漏电流低、击穿电压误差小、箝位电压较易控制、 并且经过多次瞬变电压后,性能不下降,可靠性高,体积小、易于安装。缺点是能承受 的浪涌电流较小,且功率大的寄生电容也大,低电容的功率较小。适用于细保护或者二 级保护。

选型注意,单双向,电压,功率,电容都要考虑到。 单向TVS伏安特性双向TVS伏安特性 1.1.2开关型过压防护器具 ①气体放电管 GDT电路符号 气体放电管是一种陶瓷或玻璃封装的、内充低压惰性气体的短路型保护器件,一般分两电极和三电极两种结构。其基本的工作原理是气体放电。当极间的电场强度超过气体的击穿强度时,就引起间隙放电,从而限制了极间的电压,使与气体放电管并联的其它器件得到保护。可分为二极和三极两种。 陶瓷气体放电管具有通流量大(KA级),漏电流小,寄生电容小等优点,缺点是其响应速度慢(μs级),动作电压精度低,有续流现象。适用于粗保护或者初级保护。 选型方法:min(UDC)≥1.25*1.15Up 1.25是安全余量,1.15是电源波动系数。 特性曲线

2016年最新电路过电压过热保护解决方案

TE电路保护产品的创新历史可以追溯到1980 年,当年TE 率先在电路保护应用中将PPTC器件作为可变电阻使用。从手机电池到汽车方向盘,TE电路保护产品已在日常生活中无处不在,始终致力於为更安全的生活环境并提高电子产品的可靠性。时至今日,数以亿计的TE电路保护产品已在众多电子产品领域中被广泛运用:计算机,电池,便携式电子产品,电子消费品,汽车电子,工业以及电信业市场等。 全球范围内的TE电路保护产品的各家机构均已通过IS09000 / TSl6949 标准认证。 泰科电子的过压过热电路保护解决方案: PESD过压保护器件 TE的高分子PESD器件系列专为HDMI 1.3、便携 式视频播放器、LCD和等离子电视、USB 2.0、数 字视频接口(DVI)及天线开关的输入/输出端口保 护而设计。可使高清电视、打印机、手提电脑、手 机和其他便携式装置中的敏感电路免受静电放电 的破坏。 PESD优于传统的保护器件,例如多层压敏电阻器 (MLV)。传统的保护器件在高速数据传输应用中会 导致信号质量下降或失真。另一方面,小型气体放 电管(GDTs)对目前体积日趋减小的紧凑型信息设备而言,显得过大或过于昂贵。 PESD保护器件可提供极低电容值;符合传输线路(TLP)测试。 特性: ?符合RoHS规范?无铅?无卤素器件(溴≦900ppm,氯≦900ppm,溴+氯≦1500ppm)?典型电容为0.25pF ?泄露电流低?箝位电压低?反应速度快(<1ns) ?能够承受大量的静电放电冲击?适用于标准回流焊?厚膜技术?双向保护 优点: ?为高频率应用(HDMI 1.3)提供静电放电保护?节省电路板空间 ?有助于保护敏感的电子电路不受静电放电(ESD)的破坏?帮助设备通过IEC61000-4-2 等级4 测试 ChipSESD过压保护器件

逆变器保护电路设计

安阳师范学院本科学生毕业设计报告逆变器保护电路设计 作者秦文 系(院)物理与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 年级 2008级专升本 学号 081852080 指导教师潘三博 日期 2010.06.02 成绩

学生承诺书 本人郑重承诺:所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名:日期: 论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名: 导师签名: 日期:

逆变器保护电路设计 秦文 (安阳师范学院物理与电气工程学院,河南安阳 455002) 摘要:本文针对SPWM逆变器工作中的安全性问题,阐述了如何利用电路实现保护复位和死区调节。在PWM三相逆变器中,由于开关管存在一定的开通和关断时间,为防止同一桥臂上两个开关器件的直通现象,控制信号中必须设定几个微秒的死区时间。尽管死区时间非常短暂,引起的输出电压误差较小,但由于开关频率较高,死区引起误差的叠加值将会引起电机负载电流的波形畸变,使电磁力矩产生较大的脉动现象,从而使动静态性能下降,降低了开关器件的实际应用效果,但是却对逆变器的安全运行意义重大。 关键词:保护电路;复位电路;死区调节 1 引言 在现在的系统中电力器件的应用也越来越广而与此同时对器件的保护也被认识了其重要性。电子器件很易被损坏,保护电路的要求也很苛刻。在工程应用中,为了使SPWM 逆变器安全地工作,需要有可靠的保护系统。一个功能完善的保护系统既要保证逆变器本身的安全运行,同时又要对负载提供可靠的保护。 随着电力电子技术的发展,功率器件如IGBT、MOSFET等广泛应用于PWM变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲,都具有一定的固有开通和关断时间,对于确定的开关器件,固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的,称为开关死区时间,它引起开关死区效应,简称为死区效应。在电压型PWM逆变电路中,为避免同一桥臂上的开关器件直通,必须插入死区时间,这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源,它不但增加了系统的损耗,甚至还可能造成系统失稳。 随着电力电子技术的发展,逆变器主电路、控制电路发生了较大变化,其性能不断改善,当然,保护电路也应随之作相应完善。逆变器保护电路主要包括过压保护、过载(过流) 保护、过热保护等几个方面。 本文仅就保护复位电路与死区控制电路与的实现进行了分析和研究。 2 保护电路设计 较之电工产品,电力电子器件承受过电压、过电流的能力要弱得多,极短时间的过电压和过电流就会导致器件永久性的损坏。因此电力电子电路中过电压和过电流的保护装置是必不可少的,有时还要采取多重的保护措施。 2.1 死区控制电路的结构设计 死区控制电路的电路拓扑结构如图所示,其主要功能是确保主电路中的开关管S 1、S 2 不能同时导通。死区电路的波形图如图1所示,从图中可以明显地看出开关管S 1和S 2 的驱 动信号没有使S 1与 S 2 同时导通的重叠部分,这就是两个主开关管之间存在所谓的“死区”。 而通过改变HEF4528芯片的输出信号脉宽,就可以调节驱动信号的脉宽。(具体的方式是 通过改变HEF4528芯片的外接RC电路的参数值实现的,如图2所示)如图3所示R t 、C t 的值与输出脉宽的关系在本文中,选择电位器P2的阻值为10kΩ,电容C237的容值为103pF,因此由图3可知,输出信号的脉宽大约为10μs 。

保护电路设计方法 - 过电压保护

保护电路设计方法- 过电压保护 2.过电压 保护 ⑴过电 压的产生 及抑制方 法 ①过电压产生的原因 对于IGBT开关速度较高,IGBT关断时及FWD逆向恢复时,产生很高的di/dt,由于模块周围的接线的电感,就产生了L di/dt电压(关断浪涌电压)。 这里,以IGBT关断时的电压波形为例,介绍产生原因和抑制方法,以具体电路(均适用IGBT/FWD)为例加以说明。 为了能观测关断浪涌电压的简单电路的图6中,以斩波电路为例,在图7中示出了IGBT关断时的动作波形。 关断浪涌电压,因IGBT关断时,主电路电流急剧变化,在主电路分布电感上,就会产生较高的电压。关断浪涌电压的峰值可用下式求出: V CESP=E d+(-L dI c/dt) 式中dl c/dt为关断时的集电极电流变化率的最大值;V CESP为超过IGBT的C-E间耐压(V CES)以至损坏时的电压值。 ②过电压抑制方法 作为过电压产生主要因素的关断浪涌电压的抑制方法有如下几种: 1.在IGBT中装有保护电路(=缓冲电路)可吸浪涌电压。缓冲电路的电容,采用薄膜电容,并靠近IGBT 配置,可使高频浪涌电压旁路。

2.调整IGBT的驱动电路的V CE或R C,使di/dt最小。 3.尽量将电件电容靠近IGBT安装,以减小分布电感,采用低阻抗型的电容效果更佳。 4.为降低主电路及缓冲电路的分布电感,接线越短越粗越好,用铜片作接线效果更佳。 ⑵缓冲电路的种类和特 缓冲电路中有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓冲电路二类。 ①个别缓冲电路 为个别缓冲电路的代表例子,可有如下的缓冲电路 1.RC缓冲电路 2.充放电形RCD缓冲电路 3.放电阻止形RCD缓冲电路 表3中列出了每个缓冲电路的接线图。特点及主要用途。 表3 单块缓冲电路的接线圈特点及主电用途

压敏电阻保护电路设计讲解

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2 https://www.doczj.com/doc/0c2162946.html, 3 AUMOV?系列压敏电阻介绍5 LV UltraMOV?压敏电阻系列介绍6 压敏电阻基础 8 汽车MOV 背景信息和应用例举 11 LV UltraMOV?背景信息和应用例举13 低压直流 MOV 选型16 瞬态浪潮抑制技术 18 金属氧化物压敏电阻(MOV )介绍18 压敏电阻串、并联 21 附件:技术规格和零件号相互参照 本文件的技术规格说明和说明性材料为出版时所知的最准确的描述,如有变更,恕不另行通知。 更多信息,请访问https://www.doczj.com/doc/0c2162946.html, 。

https://www.doczj.com/doc/0c2162946.html, 3 AUMOV TM 系列压敏电阻介绍 以上器件有以下规格: ? 磁盘大小: 5mm, 7mm, 10mm, 14mm, 20mm ? 额定工作电压:16–50VDC 额定浪涌电流:400-5000A (8/20ps )? ? 额定助推起动功率:6-100焦耳? 额定负载突降: 25–35 V AUMOV TM 系列特点 ? 符合AEC-Q200(表10)的规定? 强劲的负载突降和助推起动功率? 通过UL 认证(可选环氧树脂涂层) ? 较高的工作温度:最高达125°C (可选酚醛树脂涂层)? 较高的额定峰值浪涌电流和能量吸收能力 AUMOV TM 系列的优点 ? 符合汽车行业要求? 符合ISO 7637-2的规定 ? 有助于电路设计员符合UL1449标准? 适合高温环境和应用 ? 卓越的浪涌保护和能量吸收能力,提高了产品的安全性? 具有通过TS16949认证的生产器件 AUMOV?系列压敏电阻是专为保护低压(12VDC 、24VDC 和42VDC )汽车系统的电路而设计的。该系列压敏电阻有5种磁盘规格,径向引线可选择环氧树脂涂层或酚醛树脂涂层。汽车MOV 压敏电阻符合AEC-Q200(表10)的规定,能够提供强劲的负载突降、实现助推起动、产生额定峰值浪涌电流以及具有高能量吸收能力。

浪涌保护器工作原理

以下是电源系统SPD选择的要点: 欧阳学文 1、根据被保护线路制式,例如:单相220V、三相 220/380V TNC/TNS/TT等,选择合适制式SPD 2、根据被保护设备的耐冲击电压水平,选择SPD的电压保护水平Up。一般终端设备的耐冲击电压1.5kV,具体可参照GB 503435.4。Up值小于其耐冲击电压即可。 3、根据线路引入方式,有无因直击雷击中而传到雷电流的风险,选择一级或者二级SPD。一级SPD是有雷电流泄放参数的10/350波形的。 4、根据GB 500576.3.4里的分流计算,计算线路所需的泄放电流强度,选择合适放电能力的SPD,需要SPD标称放电电流参数大于线路的分流电涌电流即可。 至于型号,不同厂家型号不一,没什么参考价值。建议选择知名品牌,现在防雷市场鱼龙混杂,不要贪图便宜而使用劣质产品。 浪涌保护器设计原理、特性、运用范畴 设计原理

在最常见的浪涌保护器中,都有一个称为金属氧化物变阻器(Metal Oxide Varistor,MOV)的元件,用来转移多余的电压。如下图所示,MOV将火线和地线连接在一起。MOV由三部分组成:中间是一根金属氧化物材料,由两个半导体连接着电源和地线。 这些半导体具有随着电压变化而改变的可变电阻。当电压低于某个特定值时,半导体中的电子运动将产生极高的电阻。反之,当电压超过该特定值时,电子运动会发生变化,半导体电阻会大幅降低。如果电压正常,MOV会闲在一旁。而当电压过高时,MOV可以传导大量电流,消除多余的电压。随着多余的电流经MOV转移到地线,火线电压会恢复正常,从而导致MOV的电阻再次迅速增大。按照这种方式,MOV仅转移电涌电流,同时允许标准电流继续为与浪涌保护器连接的设备供电。打个比方说,MOV的作用就类似一个压敏阀门,只有在压力过高时才会打开。 另一种常见的浪涌保护装置是气体放电管。这些气体放电管的作用与MOV相同——它们将多余的电流从火线转移到地线,通过在两根电线之间使用惰性气体作为导体实现

防护电路设计规范 华为

DKBA 华为技术有限公司企业技术规范 DKBA1268-2003.08 代替DKBA3613-2001.11防护电路设计规范 2003-11-10发布2003-11-10实施 华为技术有限公司发布

目次 前言 (6) 1范围和简介 (7) 1.1范围 (7) 1.2简介 (7) 1.3关键词 (7) 2规范性引用文件 (7) 3术语和定义 (8) 4防雷电路中的元器件 (8) 4.1气体放电管 (8) 4.2压敏电阻 (9) 4.3电压钳位型瞬态抑制二极管(TVS) (10) 4.4电压开关型瞬态抑制二极管(TSS) (11) 4.5正温度系数热敏电阻(PTC) (11) 4.6保险管、熔断器、空气开关 (12) 4.7电感、电阻、导线 (13) 4.8变压器、光耦、继电器 (14) 5端口防护概述 (15) 5.1电源防雷器的安装 (16) 5.1.1串联式防雷器 (16) 5.1.2并联式防雷器 (16) 5.2信号防雷器的接地 (18)

5.3天馈防雷器的接地 (19) 5.4防雷器正确安装的例子 (19) 6电源口防雷电路设计 (20) 6.1交流电源口防雷电路设计 (20) 6.1.1交流电源口防雷电路 (20) 6.1.2交流电源口防雷电路变型 (22) 6.2直流电源口防雷电路设计 (23) 6.2.1直流电源口防雷电路 (23) 6.2.2直流电源口防雷电路变型 (24) 7信号口防雷电路设计 (25) 7.1E1口防雷电路 (26) 7.1.1室外走线E1口防雷电路 (26) 7.1.2室内走线E1口防雷电路 (27) 7.2网口防雷电路 (31) 7.2.1室外走线网口防雷电路 (31) 7.2.2室内走线网口防雷电路 (32) 7.3E3/T3口防雷电路 (36) 7.4串行通信口防雷电路 (36) 7.4.1RS232口防雷电路 (36) 7.4.2RS422&RS485口防雷电路 (37) 7.4.3V.35接口防雷电路 (39) 7.5用户口防雷电路 (39)

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