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纯净的硅(中级)

一个关于过流保护电路原理的问题 [复制链接]

6芯积分

如图,一个输出过流电路,R2是负载

当输出电流Io超过设定值时,检流电阻R4上的电压增大,使得V1的Vbe电压增大导通V1,使得V1饱和导通,

因为V1的饱和导通,使得Q1的Vgs电压接近于0,所以Q1关断,

Q1关断瞬间,Vds电压不能由原来的接近0V突变到Vcc,则会让电容C1通过R3和V1的发射结对地进行充电,

此过程相当于一个正反馈,保持了V1的持续导通,从而进一步保证了Q1的关断状态,使其Vgs电压不会发生振荡,Q1不会过热烧毁。

【1】上述的过流保护原理分析的对吗?

【2】V1的驱动线路上为什么要加上D1这个二极管?是不是在正常Q1恢复正常导通后,让C1上充的电经过Q1和D1进行环流释放?

【3】C1和C2的取值如何计算?我只知道C2应该远小于C1

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关于C1、C2的取值,C1跟软开关的“软度”相关,而C2跟电流激增后抑制V1基极电流的增加率相关,也就是说这里存在两个曲线,需要根据负载的性质来决定曲线的形状。具体来讲,C1的取值要考虑负载上电浪涌的峰值需限制在过流保护门限以下,否则电路无法正常工作。而C2的取值需要确保负载在电流极端增加即发生短路或接近短路时不会导致Q1被关断,Q1关断会发生振荡(反复关断、导通),反而对负载不利。   详情 回复 发表于 5 天前

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【1】上述的过流保护原理分析的对吗?

此电路的保护动作,应该分成瞬间保护和长期保护来分析。

瞬间保护动作,你的分析是正确的。

长期来看,C1和C2不能通过直流,由此MOS管漏极到V1基极的反馈并不存在。VT1两端电压与R4两端电压之差即为MOS管Vgs,这是一个负反馈环路,使得MOS管和VT1构成恒流电路,负载R2中电流是恒定的。

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既然负载R2中电流是恒定的,那么R2短路瞬间电流不会突然变得很大,我认为没有对Q1进行保护的必要。

如果R2突然短路MOS管漏极电压确实会突然上升到Vcc,通过C1使V1导通,MOS门极电压下降,Q1关断。但随着C1充电,MOS管中将流过原有电流,保持短路后的R2中电流不变。

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楼主的分析存在问题。

首先分析上电暂态。

随着Vcc的上升,Q1的G电位也在上升,但此时C1也会被充电。而C1的充电会给V1提供基极电流使其导通,从而抑制Q1G电位的上升。随着C1的充电电流逐渐降低,V1导通程度下降,对Q1G电位的抑制力相应下降,Q1将逐渐导通。显然,C1的存在提供了一个“软开关”。此过程中,C2也会被C1的充电电流充电,为使软开关成立,C1的容量需远大于C2。

Q1导通后,C2右侧的电位逐渐上升,这是一个对C2的反向充电过程,所以C2不能使用极性电容。对C2的充电也会 提供V1的基极电流,但因C2容量不大,这个电流自然也不大,持续时间更是较短,这不会导致Q1的开启被中断。

进入稳态后,C1、C2充满电,V1截止,Q1处于深度导通态。

若负载因某种原因导致电流过大,此时R4上端的电位将升高到一个门限使V1导通,进而拉低Q1G的电位,从而实现过流保护。这里存在一个平衡点,即Q1并不会关断,而是将电流限定在一个值上。这要分两种情况来分析:电流逐渐增加和电流突然增加。

电流逐渐增加很容易理解,这里不再详述。电流突增时,C2的作用就显现出来了,C2会抑制V1基极电流的突增,从而不会令Q1G电位突降,Q1的导通程度就不会激变,依然是一个渐进的过程最后平衡在一个限定的电流水平上。

 

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关于D1的作用,在电路失电后,D1提供了C2的泄放回路。注意,电路进入稳态后,C2两端的电位是右高左低,于是D1正偏。

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关于C1、C2的取值,C1跟软开关的“软度”相关,而C2跟电流激增后抑制V1基极电流的增加率相关,也就是说这里存在两个曲线,需要根据负载的性质来决定曲线的形状。具体来讲,C1的取值要考虑负载上电浪涌的峰值需限制在过流保护门限以下,否则电路无法正常工作。而C2的取值需要确保负载在电流极端增加即发生短路或接近短路时不会导致Q1被关断,Q1关断会发生振荡(反复关断、导通),反而对负载不利。

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