电路断路器提供过流和精确过压保护.pdf

电路断路器提供过流和精确过压保护 一个简单的电路断路器提供精密过压和过流保护。 仅需要少数廉价元器件，图 1 中的电路断路器响应过流和过压故障。电路的核心 处，一个可调高精度的并联稳压器 D2 ，提供参考电压、比较器和开集电极输出，所有功能 都整合到三管脚的封装中。 图 2 显示 ZR431, D1 的简化电路图。在参考输入处的电压与内部电压基准 VREF 相比较，名义上是 2.5V 。在断电状态下，参考电压为 0V ，输出晶体管处于截止状态，阴极 电流小于 0.1 μA 。随着参考电压接近 VREF ，阴极电流缓慢增加；参考电压超过 2.5V 的阈 值时，装置完全导通，阴极电压降至大约为 2V 。在这种情况下，阴极和电源之间的阻抗决 定阴极电流；阴极电流在 50 μA 至 100mA 范围内。 在正常工作情况下， D2 的输出晶体管截止，而且 P 沟道 MOSFET （Q4 ）的门极 通过 R9 ，以至于 MOSFET 是全面增强的，允许负载电流 ILOAD 从电源 –VS 通过 R6 流到 负载处。 Q2 和电流敏感电阻 R6 监测 ILOAD 的幅值，其中 Q2 的基极和发射极电压 VBE 是 ILOAD× R6 。对于 ILOAD 的正常值， VBE 低于 Q2 偏置所需的 0.6V 电压值，这种情况 下晶体管对 R3 和 R4 连结处的电压也没有影响。因为 D2 参考输入的输入电流小于 1 μA ， 通过 R5 可忽略压降，而参考电压实际上是 R4 上的电压。 当 ILOAD 超过最大允许值时发生过载情况， R6 上的电压增大导致基极 -发射极电 压足够大到导通 Q2 。因此， R4 上的电压和参考电压上拉到 VS ，造成 D2 的阴极电压降至 大约 2V 。D2 的输出晶体管通过 R7 和 R8 的泻放电流，因此偏置 Q3 导通。 Q4 的栅极电 压通过 Q3 有效地控制电源， MOSFET 从而截止。 与此同时， Q3 的源电流通过 D1 流到 R4 ， 从而拉动 R4 的电压，使二极管电压降到低于电源。由于 Q2 的基极 -发射极的电压为 0V 而 截止，因此没有负载电流流过 R6 。D2 的输出晶体管锁存，电路仍处于故障状态，其中的 负载电流为 0A 。选择 R6 的阻值时要确保在负载电流的最高允许值的条件下， Q2 的基极 - 发射极电压大约低于 0.5V 。 对于过流情况，该断路器还对电源的非正常大电压起作用。当负载电流在正常范 围内 Q2 处于截止状态时，电源幅值以及 R3 和 R4 的值，穿过电源轨形成潜在分压器，决 定参考输入处的电压。电源电压发生过压情况， R4 的电压超过 2.5V 参考电压， D2 的输出 晶体管导通。一旦再次发生， Q3 导通， MOSFET （Q4 ）关闭，负载与危险瞬间情况有效隔 绝。 现在电路仍然处在不定状态一直到复位。在这些条件下， Q3 控制 Q4 的栅极电 源电压大约接近 0V ，从而保护 MOSFET 自身摆脱过多的栅源电压。 忽视 R5 微乎其微的电 压值，你可以看到参考电压为 VS×R4/(R3+R4) 。因为，当参考电压超过 2.5V 时， D2 的输 出变高， 你可以变换方程为