过流保护电路设计
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buck型dc-dc变换器中保护电路的设计buck型DC-DC变换器广泛用于电源供电系统、电动汽车和太阳能电池等应用中。
在使用过程中,由于输入电压的变化、电流过载、短路等因素可能导致变换器的故障或损坏。
为了保护变换器及其连接的电路,设计有效的保护电路是至关重要的。
首先要保护的是输入端的电路,常见的保护电路包括过压保护和过流保护。
过压保护主要是通过输入电压检测电路来监测输入电压,一旦输入电压超过设定值,保护电路将切断输入电源,以防止变压器和其他电路被损坏。
过流保护则采用电流检测电路来监测输入电流,一旦输入电流超过设定值,保护电路将切断输入电源,防止变压器和电源电路受到额定电流以外的过大电流的损坏。
在输出端,常见的保护电路包括过压保护、过流保护和短路保护。
过压保护通常使用电压检测电路来监测输出电压,一旦输出电压超过设定值,保护电路将切断输出电源,以防止负载和其他电路被损坏。
过流保护同样采用电流检测电路来监测输出电流,一旦输出电流超过设定值,保护电路将切断输出电源,防止负载和电源电路受到过大的电流的损坏。
短路保护是最常见的保护电路,它主要通过短路检测电路来检测输出端是否出现短路。
一旦短路发生,保护电路将切断输出电源,以防止损坏变压器和其他电路。
此外,为了保护变压器的绝缘性能,在变压器的输入和输出端都需要设计绝缘保护电路,通常是使用绝缘变压器或光耦合器来实现。
为了确保电路的稳定工作和提高变换器的效率,还可以设计过温保护电路。
过温保护电路可以通过温度传感器实时监测变换器内部的温度,一旦温度达到设定值,保护电路将切断输入电源,以防止温度过高引起的故障或损坏。
另外,还可以考虑设计过载保护电路和反馈保护电路。
过载保护电路可以检测输出电流是否过大,一旦超过设定值,保护电路将采取控制措施,减小输出电流以避免过载。
反馈保护电路可以通过比较输出电压与参考电压的差异来检测电路的故障,一旦差异超过设定值,保护电路将切断输入电源。
一种新型过流保护电路的设计研究张娜娜梁齐(合肥工业大学,安徽合肥230009)摘要:本文提出的过流保护电路利用运算放大器虚短虚断的原理大大提高了对输出电流的采样精度,从而提高了电路的可靠性;并通过增加的折回电路,有效降低了LDO(Low Drop-Out)系统的过流关断功耗。
本电路基于TSMC 0.6μm CMOS 工艺设计,进行了应用于LDO的Spectra 仿真,结果表明该过流保护电路可靠性高、过流关断功耗低。
关键字:过流保护,LDO,可靠性,折回电路Design of a Novel Over-Current Protection CircuitZhang Nana , Liang Qi(Hefei University Of Technology , Hefei , Anhui 230009, China)Abstract : The over-current protection circuit described in this paper greatly improves the sampling precision of output current and heightens the reliability of the circuit by using the virtual-short and virtual-cutoff principle of operation amplifier . And more , It greatly reduces the over-current cutoff power dissipation of LDO(Low Drop-Out)by using a fold-back circuit . Based on TSMC 0.6μm CMOS process , the Spectra simulation result applied in LDO verifies that this over-current protection circuit has good reliability and low power dissipation .Key words : over-current , LDO(Low Drop-Out), reliability, fold-back circuit1.引言随着电子技术的飞速发展,DC/DC变换器已广泛应用于各种移动电子系统中,如移动通信终端、便携式电脑、PDA等等。
一种简单有效的限流保护电路设计过流保护电路是电源产品中不可缺少的一个组成部分,根据其控制方法大致可以分为关断方式和限流方式。
限流方式由于其具有电流下垂特性,故障解除后能自动恢复工作,因此,得到比较广泛的应用。
限流保护电路首先要有一个电流取样环节,目前,一般的做法是串联一个小电阻或者是用霍尔元件来获得电流信号。
当取样电流比较小的时候,这两种取样方法都是可取的。
但当取样电流比较大时,电阻取样会有较大的损耗,降低了变换器的效率,而霍尔元件取样其体积比较大,且价格昂贵,对整个电源的成本也是个问题。
基于以上考虑,本文提出一种简单有效的限流保护电路,克服了以上两种方式取样大电流时的缺点。
它适用于正激、反激等各种变换器,而且成本也比较低。
1 限流保护电路工作原理图1中虚线框外的电路是普通的峰值电流方式的PWM控制电路,利用电流互感器取样峰值电流。
图中所示的PWM芯片是ST公司生产的L5991。
虚线框内是本文所提出的限流保护电路。
它利用峰值电流控制中的电流信号作为输入信号,通过一个由D1,R1,C1组成的峰值保持电路和由运放组成的PI环节得到一个误差信号,在变换器的输出电流超过限定值的时候,该误差信号就会控制PWM芯片的占空比,从而使输出电流保持在限定值。
由于D2存在,当输出电流低于限流值时,该部分电路对占空比的控制不起作用。
图1 限流保护电路下面以正激变换器为例,阐述限流保护电路的工作原理。
正激变换器如图2所示。
设图1中A点电压为va,B点电压为vb,C点电压为vc,图2中流过开关管的电流为is,电感电流为iL,输出电流为io。
电流取样变压器原边电流,即流过开关管的电流is。
并作以下假定:图2 正激变换器1)二极管D1的导通压降是VD1并保持不变;2)R1在实际电路中的作用是与C1组成RC吸收网络吸收尖峰,这里假定为零;3)正激变换器电感L电感量较大,电路工作在CCM模式且电感电流波动较小。
则正激变换器限流保护电路的理论工作波形如图3所示。
开关电源电路负责为整个机床数控系统各部分设备提供电源。
文中主要介绍了一种机床数控系统用开关电源各种保护电路的工作原理和实现方法,通过实际研制,使得该系统开关电源稳定性大大提高,保护功能稳定可靠,满足了批量生产要求。
1 保护电路工作原理分析机床数控用开关电源包含有软启动保护、过压保护、过流保护、欠压掉电保护等电路。
(1) 软启动电路由于开关电源输入整流电路后级大多采用电容性滤波电路滤波,在电源合闸瞬间,往往会产生电流幅值高达几十甚至几百安培的浪涌电流,此种浪涌电流十分有害,会造成开关电源启动故障甚至损坏。
常用的软启动电路有可控硅和限流电阻组成的防浪涌软启动保护、继电器触点组成的软启动保护、负温度系数电阻组成的软启动保护电路等。
本系统开关电源采用负温度系数电阻组成的软启动保护电路,简单实用,工作可靠。
如图1, 220 V 交流电经线圈L1滤波共模干扰后,整流产生约三百伏左右直流电压, RT 电阻为负温度系数热敏电阻,型号为M02-7Ω。
当电源合闸瞬间,浪涌电流使得热敏电阻发热,阻值迅速减小,输出直流电压逐渐建立,可有效防止浪涌电流对电源电路的冲击,使得整个电源半桥变换电路稳定可靠。
图1 负温度系数电阻组成的输入软启动电路在开关电源启动时,由于脉宽调制器尚未建立稳定的驱动脉冲,需采取措施使得驱动脉冲逐渐建立起来,该开关电源脉宽调制器采用性价比较高的脉宽调制器T L494。
如图2, TL494 的第四脚为死区控制,它既可以为变换功率管提供安全的死区时间控制,也可以作为驱动芯片的软启动控制。
开机瞬间,电容器C1上未建立电压, + 5 V 通过电容C1 送TL494: 4 脚,封锁脉宽调制器的输出脉冲。
随着电容C1 两端电压逐渐升高, T L494: 4 脚电压逐渐下降,驱动脉冲宽度逐渐展宽。
当辅助电源+ 15 V 出现故障时,三级管V1迅速导通, + 5 V 电压经三极管V1 送T L494: 4 脚,切断驱动脉冲,使开关电源停止工作而不致损坏。
buck型DC-DC变换器是一种常见的电源转换器,用于将高压直流电源转换为稳定的低压直流电源,广泛应用于电子设备和通信系统中。
在设计buck型DC-DC变换器时,保护电路的设计至关重要,可以有效保护电路和相关元器件,提高整个系统的可靠性和稳定性。
本文将从保护电路的设计入手,对buck型DC-DC变换器进行深入研究和分析。
1. 保护电路的作用保护电路是buck型DC-DC变换器中的重要组成部分,其主要作用是防止过流、过压、过温等异常情况对电路和元器件造成损坏。
通过及时检测异常信号并采取相应的保护措施,可以有效避免电路的故障和损坏,延长系统的使用寿命。
2. 过流保护电路设计过流是buck型DC-DC变换器中常见的故障情况之一,如果电流超过设定的安全范围,将会对电路和元器件造成严重的损害。
在设计过流保护电路时,需要合理选择电流传感器和保护元件,并设置合适的保护触发门槛。
常用的过流保护电路包括电流限制器、熔断器和过流保护芯片等,通过这些器件的合理组合可以实现对电路的有效保护。
3. 过压保护电路设计过压是另一种常见的故障情况,当输入电压超过设定的安全范围时,将对电路和元器件产生严重的影响。
在设计过压保护电路时,需要考虑输入电压的波动范围和保护触发门槛,并选择合适的过压保护器件进行搭配。
常用的过压保护电路包括过压保护芯片、击穿二极管和电容滤波器等,通过这些器件的合理配置可以有效防止过压对电路的损坏。
4. 过温保护电路设计过温是buck型DC-DC变换器中的另一个重要故障情况,当工作温度超过元器件的最大承受温度时,将会导致电路的失效和损坏。
在设计过温保护电路时,需要合理选择温度传感器和保护器件,并设置适当的保护触发温度。
常用的过温保护电路包括温度开关、热敏电阻和温度保护芯片等,通过这些器件的合理配置可以实现对电路的及时保护。
5. 其他保护电路设计除了上述提到的过流、过压和过温保护电路外,buck型DC-DC变换器的保护系统还需要考虑短路保护、输入欠压保护和输出失稳保护等其他故障情况。
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试过流保护:1.过流检测器设计:使用电流传感器来检测IGBT的电流,常见的传感器有霍尔效应传感器和电阻式传感器。
根据检测到的电流信号,设计一个比较器电路,比较检测到的电流值与预设的过流阈值。
当电流超过阈值时,比较器输出高电平,触发保护电路。
2.过流保护电路设计:采用一级或多级的电流保护电路,例如使用可控整流器电路、继电器电路或熔断器电路来切断IGBT的电源。
过温保护:1.过温检测器设计:通过温度传感器监测IGBT的温度。
可选用NTC 热敏电阻或热电偶等传感器。
根据检测到的温度信号,设计一个比较器电路,将检测到的温度值与预设的过温阈值进行比较。
当温度超过阈值时,比较器输出高电平,触发保护电路。
2.过温保护电路设计:使用温度控制器(例如PID控制器)来降低IGBT的温度。
可以通过减小机箱内部温度、增加散热和降低IGBT占空比等方式来实现。
过压保护:1.过压检测器设计:使用电压传感器来检测IGBT的输入电压。
可以选用正弦波电流互感器等传感器。
设计一个比较器电路,将检测到的电压值与预设的过压阈值进行比较。
当电压超过阈值时,比较器输出高电平,触发保护电路。
2.过压保护电路设计:可以采用电压降压器或直流开关等方法来控制IGBT的输入电压,将其降低到安全范围内。
1.过电流测试:在设计过程中,设置合理的过电流阈值。
通过电流源提供过电流信号,触发保护电路,验证保护电路的响应时间和准确性。
2.过温测试:在设计过程中,设置合理的过温阈值。
通过加热IGBT 器件,提高其温度,触发保护电路,验证保护电路的响应时间和准确性。
3.过压测试:在设计过程中,设置合理的过压阈值。
通过提供超过预设阈值的电压信号,触发保护电路,验证保护电路的响应时间和准确性。
4.短路测试:将IGBT的输出端短接,触发保护电路,验证保护电路的响应时间和准确性。
5.整体测试:在实际应用中,应全面测试保护电路的性能。
IGBT过流保护电路设计张海亮;陈国定;夏德印【摘要】In order to solve the over-current breakdown problem of insulated gate bipolar transistor (IGBT) in practical applications, short-circuit protection circuit and overload protection circuits were proposed according to the IGBT's collector current, after the analysis of IGBT's characteristics and over-current measures. When overload protection circuits detected over-current, it switched off IGBT immediately, IGBT's drive signal can be blocked continuously, for fixed time or for a single cycle based on different overload protection requirements; short-circuit protection circuit detected the over-current by measuring IGBT's on-state voltage drop, using dropping the grid voltage, soft switch-off and reducing IGBT's working frequency the circuit can decrease short-circuit current and switch off IGBT safely. Detailed elaboration of circuits' operating mechanism was given. The over-current testing of the all designed protection circuits was done. The waveform graphs were obtained. The experimental results indicate that protection circuits can detect over-current in time and response accurately, IGBT is protected reliably under different over—current conditions.%为解决绝缘栅双极性晶体管(IGBT)在实际应用中经常出现的过流击穿问题,在分析了IGBT过流特性和过流检测方法的基础上,根据过流时IGBT集电极电流的大小分别设计了过载保护电路和短路保护电路.过载保护电路在检测到过载时立即关断IGBT,根据不同的过载保护要求可实现持续封锁、固定时间封锁及单周期封锁IGBT的驱动信号;短路保护电路通过检测IGBT通态压降判别短路故障,利用降栅压、软关断和降频综合保护技术降低短路电流并安全关断IGBT.详细阐述了保护电路的保护机制及电路原理,最后对设计的所有保护电路进行了对应的过流保护测试,给出了测试波形图.试验结果表明,IGBT 保护电路能及时进行过流检测并准确动作,IGBT在不同的过流情况下都得到了可靠保护.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2012(029)008【总页数】5页(P966-970)【关键词】绝缘栅双极性晶体管;过流保护;降栅压;软关断【作者】张海亮;陈国定;夏德印【作者单位】浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310023;浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310023;浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310023【正文语种】中文【中图分类】TN386.2;TM130 引言IGBT既具有功率MOSFET的高速开关及电压驱动特性,又具有巨型晶体管(GTR)的低饱和电压特性及易实现较大电流的能力,广泛应用于电机调速、UPS、开关电源等领域。
电路中的电流保护与限制技巧电路是我们日常生活和工作中必不可少的一部分,而在电路中,电流的保护与限制则是至关重要的。
本文将介绍几种常见的电流保护与限制技巧,帮助大家更好地理解和应用于实际电路设计中。
一、过载保护技巧过载是指电路中负载电流超过了设定值,可能导致电路元件损坏、发热甚至起火等危险情况。
为了防止过载,我们可以采取以下几种技巧:1. 熔断器(Fuse)熔断器是一种常见的过载保护装置,它能在电路中的电流超过额定值时自动断开电路,以保护电路元件不受过大电流的损坏。
在设计电路时,可以根据负载电流选择合适的熔断器,确保电路的安全运行。
2. 电流限制器(Current limiter)电流限制器是另一种可用于过载保护的装置,它能限制电路中的电流,防止电流超过设定值。
常见的电流限制器有电阻和电感,通过合理选择电阻或电感的参数,可以限制电路中的电流,达到过载保护的效果。
二、短路保护技巧短路是指电路中两个或多个导体直接连接,导致电流大幅度增加的情况。
如果没有有效的保护措施,短路会造成电路元件瞬间过热、起火等严重后果。
为了避免这种情况发生,我们可以采取以下技巧:1. 自动保险丝(Automotive Fusible Link)自动保险丝是一种常见的短路保护装置,它能够快速断开电路,阻止过大电流流过,避免短路造成的危险。
在设计电路时,可以根据电路的负载电流和特性选择合适的自动保险丝,起到有效的短路保护作用。
2. 电流控制开关(Current-Controlled Switch)电流控制开关是另一种短路保护技巧,它通过监测电路中的电流大小,当电流超过设定值时,迅速开关断开电路。
这种技术广泛应用于工业控制系统和自动化设备中,可以有效保护电路免受短路损害。
三、过流保护技巧过流是指电路中电流超过正常工作范围的情况,可能由于故障或其他因素引起。
为了保护电路免受过流带来的危害,我们可以采取以下技巧:1. 当前检测器(Current Sensor)当前检测器能够监测电路中的电流大小,并在电流超过设定值时发出警报或触发其他保护措施。
直流可调稳压电源的电流限制与保护设计直流可调稳压电源(DC adjustable regulated power supply)是一种常见的电源装置,用于提供稳定的直流电压和电流输出。
在实际应用中,为了保护电气设备和防止电流过载,对直流可调稳压电源的电流进行限制和保护是非常重要的。
本文将讨论电流限制与保护设计的几个关键方面。
一、过流保护设计在直流可调稳压电源中,过流保护设计是必不可少的。
过流保护的主要目的是防止电源输出的电流超过预设值,从而避免损坏负载电路或电源本身。
以下是几种常见的过流保护设计方法:1. 电流限制器电流限制器是一种基本的过流保护装置,其工作原理是在电源输出电流超过预设值时将输出电流限制在设定值以下。
电流限制器通常由电流检测电路、电流传感器和控制电路组成。
当电流超过设定值时,控制电路会自动减小电源的输出电流,以达到过流保护的目的。
2. 熔断器熔断器是一种常用的过流保护装置,它能够在电流过载时自动断开电路,以保护电源和负载电路。
熔断器一般由熔丝和断路器两部分组成,当电流超过熔丝的额定电流时,熔丝会熔断,从而切断电路。
3. 过电流保护芯片过电流保护芯片是一种集成了过流保护功能的电子元器件,它可以对过流进行快速检测,并通过控制开关管等方式实现过流保护。
过电流保护芯片通常具有高精度的电流检测能力和可调的过流保护阈值,可以提供更灵活和可靠的过流保护功能。
二、电流限制设计除了过流保护,直流可调稳压电源还需要进行电流限制设计,以确保在负载短路或异常情况下电源能够有效限制输出电流,从而保护电源和负载电路的安全。
以下是几种常见的电流限制设计方法:1. 限流电阻限流电阻是一种简单但有效的电流限制装置。
通过在电源输出端串联一个合适的电流限制电阻,可以限制电源输出的电流。
在负载电路存在短路或异常情况时,限流电阻会限制电流的流动,起到保护作用。
2. 电流限制芯片电流限制芯片是一种专门用于电流限制的集成电路,它可以根据预设的电流限制值,在电流超过设定值时自动减小电源的输出电流。
反时限过流保护定时电路的设计蒋琳【1】徐忠根【2】杨娜【3】(商丘科技职业学院河南商丘 476000)摘要:很多电子设备都有额定电流,工作中都不允许超过额定电流,否则会烧坏设备。
所以大部分用电设备都设置了过流保护模块。
当电流超过设定电流时候,设备自动断电,以保护设备。
本文设计了一种反时限过流保护定时电路,该电路结构简单,反应速度快,系统可靠稳定。
关键词:过流保护反时限智能基金项目:本文系刘忠义教授主持的商丘科技职业学院2009年度院级立项课题中期阶段研究成果。
the design of Timing circuit with Anti- timelimit Over-current protectionJiang Lin[1]Xu Zhong Gen[2]Yang Na[3](Shang Qiu science and technology college , Henan 476000)AbstractA lot of electronic equipments have Rated current,they are not allowed to exceed the rated current during work. otherwisethey will be burnt.So many electronic equipments set Over-current protection module.When the current exceeds Setting current, it will power off Automaticlly to protect the equipment.This text designed an Anti- time limit Over-current protection circuit. the circuit has simple structure and responds quickly. the whole system is reliable and and stable.Keywords: Over-current protection anti- time limit intelligence前言我们知道,电器在工作中,由于工况的变化,其工作电流发生变化是正常的,短时间的过流也是允许的。
锂电池充电控制电路设计引言:随着电子产品的普及,锂电池作为一种高能量密度、长寿命、环保且容易充电的电源,被广泛应用于移动通信、电动工具等领域。
在设计锂电池充电控制电路时,主要需要解决锂电池的过充、过放、过流、短路等问题,以确保充电安全并延长电池寿命。
本文将从锂电池的基本原理入手,设计一个适用于锂电池充电控制的电路。
一、锂电池基本原理锂电池是一种通过锂离子在正、负极之间的氧化还原反应来存储和释放电能的装置。
典型的锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。
在充电过程中,锂离子从正极材料中脱嵌出来,通过电解液和隔膜迁移到负极材料中嵌入,释放出电子流。
而在放电过程中,锂离子则从负极材料中脱嵌出来,通过电解液和隔膜迁移到正极材料中嵌入,吸收电子流。
二、锂电池充电控制电路设计原则1.过充保护:在锂电池充电过程中,要防止充电电压超出锂电池的额定电压范围,以防止电池产生过热、气体、膨胀等情况,严重时可能导致电池短路、爆炸。
因此,需要设计过充保护电路,能在充电电压达到一定程度时,自动切断充电电源。
2.过放保护:过放时,电池内部化学反应可能会逆转,导致电池容量下降、内阻增加,影响使用寿命。
因此,在锂电池的输出电压降到一定程度时,需要设计过放保护电路,能自动切断电池输出电源。
3.过流保护:过大的充电电流会导致电池内部反应速度过快,可能产生气体和热量。
因此,需要设计过流保护电路,能在充电电流超过一定阈值时,自动切断充电电源。
4.短路保护:在短路情况下,电流会剧增,可能导致电池内部电解液发热、放出有害气体,甚至引发火灾风险。
因此,需要设计短路保护电路,一旦检测到短路情况,能够立即切断电池输出电源。
三、锂电池充电控制电路设计方案1.过充保护电路设计:过充保护电路一般采用开关电源和比较器组成。
当充电电压超出设定的阈值时,比较器输出高电平,触发开关电源关闭输出。
此外,可以通过使用可调稳压元件,根据不同锂电池的额定电压范围,设置不同的过充阈值,并实现阈值的可调。
ip3254保护电路设计
IP3254是一种电压保护芯片,常用于保护电路免受过压、短路、过流等故障的影响。
以下是一种基本的IP3254保护电路
设计:
1. 过压保护:
- 输入电压连接到IP3254的VIN脚,将电容连接到VREG
脚。
- 将一个电阻连接到VREG脚上,另一端连接到地,以设置
过压阈值。
此阈值可根据需要进行调整。
- 将VREG脚连接到输入电压的关断开关,以控制IP3254的
工作状态。
2. 过流保护:
- 将一电流传感器(如电流互感器或电阻)连接到IP3254的ISET脚和地之间。
确保ISET脚上的电源连接到VIN脚。
- 设置电流传感器的额定电流和过流保护阈值,以便当电流
超过阈值时,IP3254将断开电路。
3. 短路保护:
- 将IP3254的OUT脚连接到电路负载,再将负载与地连接。
确保负载上的电源和地之间无任何短接。
- 根据需要,将一个电流传感器连接到IP3254的ISET脚和
地之间,以设置短路保护阈值。
4. 其他保护功能:
- IP3254还具有过温保护功能,可通过将温度传感器连接到
TEMP脚来实现。
当温度超过设定阈值时,IP3254将断开电路。
请注意,以上仅为基本的IP3254保护电路设计示例,实际设
计可能因应用场景和需求而有所不同。
对于特定的应用,建议参考IP3254的数据手册和应用指南进行设计。
同时,还应注
意电路参数和规格,以确保该保护电路能够满足所需的保护需求。
电源的过压、过流保护两种功能-设计应用现在的电路越来越追求可靠性、安全性,很多电路都设置过压过流检测电路,从而对电路进行保护,对于电路过流保护一般控制方法关断式或者限流式。
过流电路一般是用熔断丝限流保护或者采取采样电阻获取电路信号,当电路过大后级电路关断或者把电流限制在一个特定值,当电流正常时候电路正常工作。
当线路发生短路时,重要特征之一是线路中的电流急剧增大,这就需要设置相应的当电流流过某一预定值时,反应于电流升高而动作的保护装置叫过电流保护。
电源的保护功能主要是过压、过流保护两种功能。
两者之间的关系为:任何一种电源在发生故障时,都有可能使输出电压或输出电流失去控制,为了使用户的负载不致因此而损坏,我公司的电源一般都设有过压和过流保护。
有些负载如阻性负载,当电源有故障,负载上的电压有可能大幅上升,而电流的上升值不一定能超过过流保护值。
此种情况宜用过压保护,例如工作在50V,可将电压保护值调至55V,如果电源故障只要电压升至55V时,电源会自动切断电压输出。
当有些负载是容性负载时,由于大容量的电解电容器并联在一起,当电源发生故障时,电流就可能大幅度上升,而电压的升值却不甚明显,这时电源内部的过流保护部件会首先启动,电源会自动切断输出。
过压保护值在面板上有一只电位器,可以人工设定。
而过流保护值是不能人工设定的,机内已经定死,一般为额定电流的1.2~1.5倍。
需要说明的是,过压保护会立即快速启动,过流保护则有一秒左右的延时。
这是因为如电源正常工作时,如电源的负载发生突然短路,此时电源输出的瞬间电流是数倍或数十倍的额定电流值,可以认为是一个电流冲击,远远超过过流保护的数值,但这时并不希望过流保护起作用。
而希望短路解除后,电压自动恢复正常。
因此在设计过流保护时,要避开突发短路时的电流冲击,而仅考虑使输出过电流的时长达到一定的值才启动过流保护。
过压、过流保护是针对机内故障的,因此既然发生,电源就不应自动恢复。
过流保护电路的工作原理1. 引言1.1 什么是过流保护电路过流保护电路是一种电子设备,用于监测和保护电路中的负载免受过大电流的损害。
当电路中的电流超过设定的阈值时,过流保护电路会自动触发保护动作,例如切断电路连接或者限制电流流动。
这种保护装置可以有效地防止电路元件和设备因过载而受损,提高了电路的稳定性和可靠性。
过流保护电路通常被广泛应用于各种电子设备和系统中,例如电源供应器、电动机、变频器和工控系统等。
它们不仅能够保护电子设备,还可以确保人员的安全,避免火灾等意外事件发生。
通过监测电路中的电流变化,过流保护电路可以快速响应并采取保护措施,有效地保护电路中的设备和元件。
在现代电子技术发展日新月异的今天,过流保护电路已经成为电子设备中不可或缺的重要部分,它为电路的稳定运行和设备的长久使用提供了有力的保障。
1.2 过流保护电路的作用过流保护电路是一种常见的电路保护装置,其作用是在电路中发生过流情况时,能够迅速检测到并采取相应的保护措施,以防止电路过载和损坏设备的发生。
过流保护电路在电力系统中起着至关重要的作用,可以有效地保护设备和系统免受过流带来的危害。
过流保护电路可以保护电路中的电子元件不受损坏。
当电路中的电流超过设计范围时,会导致电子元件过载运行,增加元件的温度,从而缩短元件的使用寿命甚至引发元件损坏。
过流保护电路可以及时检测到过流情况,并迅速切断电路连接,有效地保护电子元件免受损害。
过流保护电路还可以保护电路中的电线和继电器等设备。
在电路中发生过流情况时,电线和继电器会承受过大的电流负荷,导致线路发热甚至引发火灾的危险。
过流保护电路可以及时切断电路连接,防止过大电流对电线和继电器造成损坏,确保电路的安全运行。
过流保护电路在电路中的作用不可忽视。
它可以有效地保护电子元件、电线和继电器等设备,避免电路过载和损坏的发生,确保电路的安全运行和设备的正常使用。
在设计和运行电力系统时,应该合理配置过流保护电路,以提高电路的可靠性和安全性。
第29卷 第1期2006年3月电子器件Chinese J ournal Of Elect ron DevicesVol.29 No.1Mar.2006收稿日期:2005204225作者简介:闫良海(19802),男,硕士研究生,主要研究方向为模拟电路的IP 设计,yanlianghai @ ;吴 金(19652),男,教授,主要从事模拟、数模混合集成电路等领域内的教学和科研工作,jwu @ ;庞 坚(19792),男,硕士研究生,主要研究方向为模拟电路设计;姚建楠(19542),男,副研究员,要从事半导体集成工艺和器件的研究。
Analysis and Design of Over 2Current and T emperature Protect for LDO CircuitYA N L i ang 2hai ,W U J i n ,PA N G J i an ,YA O J i an 2nan(W u x i B ranch of S out heast Universit y ,W ux i J iangsu 214028,China )Abstract :The increase of integration and power density make over 2current and over 2temperat ure protection circuit s necessary.Over 2current protection circuit s convert t he detecting current into t he gate voltage which cont rols t he switch FET.By t he temperat ure character of PN junction ’s conducting voltage ,over 2tempera 2t ure protection circuit s can invert t he comparator and p rotect t he whole chip.Several practical protection circuit s are presented.Based on CSMS 0.6μm mix signal mode CMOS p rocess ,t he Spectra simulation re 2sult verifies t he f unction of t he two protection circuit s t hat apply on a LDO circuit s .K eyw ords :over 2current ;over 2temperat ure ;p rotect circuit s ;LDO EEACC :8140;2570LDO 过流与温度保护电路的分析与设计闫良海,吴 金,庞 坚,姚建楠(东南大学无锡分校,江苏无锡214028))摘 要:IC 芯片集成密度和功耗密度的增大使得过流和温度保护电路十分必要。
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管的保护截流型:过流时使调整管截止或接近截止。
应用于大功率电源电路中。
图4-3为其电路图。
输出电流在额定值内时:三极管T2截止,这时,电压负反馈保证电路正常工作。
输出电流超出额定值时:UB电压上升,三极管T2导通,使UO迅速下降,由于R1、R2>>RO,故UB的下降速度慢于UO,使UO迅速下降到0,实现了截流作用。
过电流保护有多种形式,如图1所示,可分为额定电流下垂型,即フ字型;恒流型;恒功率型,多数为电流下垂型。
过电流的设定值通常为额定电流的110%~130%。
一般为自动恢复型。
图1①②③中表示电流下垂型,表示恒流型,表示恒功率型。
用于变压器初级直接驱动电路中的限流电路在变压器初级直接驱动的电路(如单端正激式变换器或反激式变换器)的设计中,实现限流是比较容易的。
图2是在这样的电路中实现限流的两种方法。
图2电路可用于单端正激式变换器和反激式变换器。
图2(a)与图2(b)中在MOSFET 的源极均串入一个限流电阻Rsc,在图2(a)中,Rsc提供一个电压降驱动晶体管S2导通,在图2(b)中跨接在Rsc上的限流电压比较器,当产生过流时,可以把驱动电流脉冲短路,起到保护作用。
图2(a)与图2(b)相比,图2(b)保护电路反应速度更快及准确。
首先,它把比较放大器的限流驱动的门槛电压预置在一个比晶体管的门槛电压Vbe 更精确的范围内;第二,它把所预置的门槛电压取得足够小,其典型值只有100mV~200mV,因此,可以把限流取样电阻Rsc的值取得较小,这样就减小了功耗,提高了电源的效率。
图2在单端正激式或反激式变换器电路中的限流电路当AC输入电压在90~264V范围内变化,且输出同等功率时,则变压器初级的尖峰电流相差很大,导致高、低端过流保护点严重漂移,不利于过流点的一致性。
在电路中增加一个取自+VH的上拉电阻R1,其目的是使S2的基极或限流比较器的同相端有一个预值,以达到高低端的过流保护点尽量一致。
用于基极驱动电路的限流电路在一般情况下,都是利用基极驱动电路把电源的控制电路和开关晶体管隔离开来。
变换器的输出部分和控制电路共地。
限流电路可以直接和输出电路相接,其电路如图3所示。
在图3中,控制电路与输出电路共地。
工作原理如下:电路正常工作时,负载电流IL流过电阻Rsc产生的压降不足以使S1导通,由于S1在截止时IC1=0,电容器C1处于未充电状态,因此晶体管S2也截止。
如果负载侧电流增加,使IL 达到一个设定的值,使得ILRsc=Vbe1+Ib1R1,则S1导通,使电容器C1充电,其充电时间常数τ=R2C1,C1上充满电荷后的电压是VC1=Ib2R4+Vbe2。
在电路检测到有过流发生时,为使电容器C1能够快速放电,应当选择R4。
无功率损耗的限流电路上述两种过流保护比较有效,但是Rsc的存在降低了电源的效率,尤其是在大电流输出的情况下,Rsc上的功耗就会明显增加。
图4电路利用电流互感器作为检测元件,就为电源效率的提高创造了一定的条件。
图4电路工作原理如下:利用电流互感器T2监视负载电流IL,IL在通过互感器初级时,把电流的变化耦合到次级,在电阻R1上产生压降。
二极管D3对脉冲电流进行整流,经整流后由电阻R2和电容C1进行平滑滤波。
当发生过载现象时,电容器C1两端电压迅速增加,使齐纳管D4导通,驱动晶体管S1导通,S1集电极的信号可以用来作为电源变换器调节电路的驱动信号。
电流互感器可以用铁氧体磁芯或MPP环型磁芯来绕制,但要经过反复实验,以确保磁芯不饱和。
理想的电流互感器应该达到匝数比是电流比。
通常互感器的Np=1,Ns=NpIpR1/(Vs+VD3)。
具体绕制数据最后还要经过实验调整,使其性能达到最佳状态。
1.4用555做限流电路图6为用555做限流保护的电路,其工作原理如下:UC384X与S1及T1组成一个基本的PWM变换器电路。
UC384X系列控制IC有两个闭环控制回路,一个是输出电压Vo反馈至误差放大器,用于同基准电压Vref比较之后产生误差电压(为了防止误差放大器的自激现象产生,直接把脚2对地短接);另一个是变压器初级电感中的电流在T2次级检测到的电流值在R8及C7上的电压,与误差电压进行比较后产生调制脉冲的脉冲信号。
当然,这些均在时钟所设定的固定频率下工作。
UC384X具有良好的线性调整率,能达到%/V;可明显地改善负载调整率;使误差放大器的外电路补偿网络得到简化,稳定度提高并改善了频响,具有更大的增益带宽乘积。
UC384X有两种关闭技术;一是将脚3电压升高超过1V,引起过流保护开关关闭电路输出;二是将脚1电压降到1V以下,使PWM比较器输出高电平,PWM锁存器复位,关闭输出,直到下一个时钟脉冲的到来,将PWM锁存器置位,电路才能重新启动。
电流互感器T2监视着T1的尖峰电流值,当发生过载时,T1的尖峰电流迅速上升,使T2的次级电流上升,经D1整流,R9及C7平滑滤波,送到IC1的脚3,使IC1的脚1电平下降(注意:接IC1脚1的R3,C4必须接成开环模式,如接成闭环模式则过流时555的脚7放电端无法放电)。
IC1的脚1与IC2的脚6相连接,使IC2的比较器1同相输入端的电压降低,触发器Q输出高电平,V1导通,IC2的脚7放电,使IC1的脚1电平被拉低于1V,则IC1输出关闭,S1因无栅极驱动信号而关闭,使电路得到保护。
若过流不消除,则重复上述过程,IC1重新进入启动、关闭、再启动、再关闭的循环状态,即“打嗝"现象。
而且,过负载期间,重复进行着启振与停振,但停振时间长,启振时间短,因此电源不会过热,这种过负载保护称为周期保护方式(当输入端输入电压变化范围较大时,仍可使高、低端的过流保护点基本相同)。
其振荡周期由555单稳多谐振荡器的RC时间常数τ决定,本例中τ=R1C1,直到过载现象消失,电路才可恢复正常工作。
电流互感器T2的选择同的互感器计算方法。
图6电路,可以用在单端反激式或单端正激式变换器中,也可用在半桥式、全桥式或推挽式电路中,只要IC1有反馈控制端及基准电压端即可,当发生过流现象时,用555电路的单稳态特性使电路工作在“打嗝"状态下。
1.5几种过流保护方式的比较作者经过长期的研发与生产,比较了开关电源中所使用的各种过流保护方法,可以说,几乎没有一种过流保护方式是万能的,只有用555的保护方式性能价格比是较好的。