【經(jīng)典電路】限流保護(hù)電路圖文分析-KIA MOS管

下圖是一個(gè)經(jīng)典的限流保護(hù)電路，本文分析一下其工作原理和限流保護(hù)機(jī)制。

圖 1 經(jīng)典限流保護(hù)電路

限流保護(hù)電路工作原理

Q1 和 Q2 構(gòu)成互鎖電路，即 Q1 導(dǎo)通時(shí) Q2 截止，Q2 導(dǎo)通時(shí) Q1 截止。

在上電之后，這兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通順序由 C1-R2-R3，C2-R1 決定。即在上電之后，由于電容兩端電壓不能突變，Q1 的基極電壓將由電容 C1 負(fù)極電壓 VCC 經(jīng)過 R2，R3 逐漸減小至 0V；而 Q2 的基極電壓將由 C2 負(fù)極電壓 VCC 經(jīng)過 R1 逐漸減小至 0V。

通過計(jì)算可以得知，Q1 的基極電壓為 0 時(shí)，需要 20ms 的時(shí)間，而 Q2 的基極電壓為 0 時(shí)，只需要 3ms 的時(shí)間，也就是說 Q2 的基極電壓的下降速度是 Q1 的 7 倍。因此，Q2 將先于 Q1 導(dǎo)通，Q2 導(dǎo)通之后，Q1 截止。

圖 2 Q1 和 Q2 基極電壓的變化時(shí)間

另外，該限流保護(hù)電路在限流保護(hù)狀態(tài)下不能恢復(fù)，雖然 Q1 處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電壓也為 VCC，但是由于 R2 串聯(lián)其中，所以驅(qū)動(dòng)能力非常小，如果能讓電路恢復(fù)，可增加 R4。

圖 1 中的三極管可以換為 P 溝道 MOSFET IRLML5203，圖 3 是示波器抓取的限流電路工作波形，C1 是 Q1 的基極電壓，C2 是 Q2 的基極電壓，C3 是輸出電壓，C4 是電源電壓 VCC=12V。

圖 3 限流電路啟動(dòng)時(shí)的波形

根據(jù)上圖可以看出，在上電之后，Q1 和 Q2 的基極電壓瞬間達(dá)到電源電壓，隨后 Q1 和 Q2 的基極電壓均下降，只是 Q2 的基極電壓下降的較快，大約在 300us 的時(shí)間，Q2 導(dǎo)通，輸出端開始有電壓，隨后 Q2 基極電壓繼續(xù)下降，直至電壓為 0V，在此期間 Q1 基極電壓被拉高。

限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制

下圖是輸出對地短路情況時(shí)電源上電的波形圖：

圖 4 限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制波形

當(dāng)輸出對地短路時(shí)，上電之后，仍是 Q2 先導(dǎo)通，隨后電源對地短路，電源電壓急劇下降并反彈（電源電壓急劇下降過程中，Q1、Q2 和電源電壓的下降速度為 Q2>Q1>電源電壓，說明電容 C1 和 C2 還在持續(xù)放電）。

電源電壓反彈之后，Q1 和 Q2 的基極電壓均再次下降，Q2 的下降速度仍快于 Q1，直至 Q1 導(dǎo)通，Q2 截止，電源電壓恢復(fù)正常，Q1 和 Q2 的基極電壓也由 C1 和 C2 充電恢復(fù)正常，最后，Q1 的基極電壓降至 0V，Q2 的基極電壓升高至 VCC。

不同電源電壓的保護(hù)特性

下面將電源電壓設(shè)置為 3.3V，測試限流保護(hù)電路的工作情況和保護(hù)機(jī)制：

不同 P 溝道 MOSFET 的保護(hù)特性

下面將 P 溝道 MOSFET 換為驅(qū)動(dòng)能力更小的 BSS84PW，電源電壓 VCC=12V，測試限流保護(hù)電路的工作情況和保護(hù)機(jī)制：

在工作中輸出對其他電源短路情況下限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制

在電源電壓 VCC=12V 與一個(gè)小的電源電壓（3.3V 或者 5V）短路，測試限流保護(hù)電路的保護(hù)機(jī)制。

圖 10 輸出與 3.3V 電源短路

這種情況下，Q1 處于截止?fàn)顟B(tài)，Q2 一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出 12V 電壓，也就是說 12V 電壓將 3.3V 的電壓拉高了。

限流保護(hù)電路的器件選型

根據(jù)上述分析的限流保護(hù)電路的工作原理可以得出：

1. P 溝道 MOSFET 或者 PNP 三級(jí)管的驅(qū)動(dòng)能力要大于負(fù)載的工作電流，小于被保護(hù)電源芯片的輸出電流；

2. 阻容的選擇要保證 Q2 的導(dǎo)通時(shí)間小于 Q1 的導(dǎo)通時(shí)間，總體的切換時(shí)間要合適，減小該限流保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間。

3. 如果要同時(shí)保護(hù)對地短路和對小電源電壓保護(hù)的情況，可以在輸出端串接一個(gè)二極管，二極管對電源造成的壓降要滿足負(fù)載的要求。

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