专题:手把手学习硬件基础------11、保护电路

发布于:2023-01-19 ⋅ 阅读:(306) ⋅ 点赞:(0)

一、基本概述

保护电路分为反接、过压、过流、短路电路电路;

1、反接电路

如下图,正常供电时,J8的管脚1接VCC,管脚2、3接地线GND,如果J8的管脚1接GND,管脚2、3接VCC,就是反接

反接的时候,对电路的回路是影响非常大,如下图的BUCK电路,电源反接如红色线路径,输入电压VCC通过续流二极管D14,BUCK降压IC的内部NMOS功率管的寄生二极管,再到地平面构成回路,相当于把输入电源接在两个二极管上面,电流极大,将烧毁续流二极管和BUCK降压IC,损坏电路

a、对于负载不大,比如输入电流小于1A的场合,可以使用肖特基二极管

增加了肖特基二极管,反接的情况下,就形不成回路

b、对于负载较大,比如输入电流大于1A的场合,考虑功耗、压降等问题,使用PMOS管或NMOS管

说明:刚上电的时候Vgs截止,PMOS管截;S端的电压为Vin-0.7,回路是导通的,G端的电压为R29和R31的分压,大约为

11.3/2=5.65V,假设Vin = 12V,S端电压为12V,G端电压为5.65V,PMOS管导通。

再来看反接的情况,反接的话,G端通过VCC与R31分压,S端为Vin与负载分压,未形成回路,寄生二极管的反向,电路断开,S端的电压相当于Vin减去负载的电压,一般负载的压降很低,所以Vgs是很小的,反接的电路不通

说明:刚上电的时候,S端的电压为0.7,回路是导通的,G端的电压为R87和R88的分压,假设Vin = 12V,大约为12-0.7=11.3 11.3/2=5.65V,NMOS管导通。

再来看反接的情况,反接的话,未形成回路,寄生二极管的反向,电路断开,G端的电压相当于Vin减去负载的电压,一般负载的压降很低,所以Vgs是很小的,反接的电路不通

2、过压保护:输入电压超过设计最大值,就是过压

如下图:允许电压正常输入范围为7-28V,根据TVS管参数与MP1584的VIN管脚极限参数,输入电压不能超过30V,否则,将烧毁TVS与MP1584,TVS管也不能长期通电30V以上,只能通过瞬间高压;

正常输入电压输入值与过压保护值需要留有余量,一般1至2V

a、利用晶体管+稳压管构成过压保护

电压输入正常的时候,稳压管D1不工作,R1和R2分压后,Ube小于导通电压,Q1截止,PMOS管S端5V,G端电压0V,PMOS导通;

电压高于正常的时候,稳压管D1导通,Q1导通,高压通过Q1加在G端,Vgs端导通电压低,Q2截止。

3、过流保护:负载电流超过最大输出电流,就是过流了

对于LDO供电电路,如果过流了,可能电压下降或烧毁LDO

对于BUCK或BOOST供电电路,如果过流了,输出功率达不到,电压会下拉;

对于负载过流,尽量在设计阶段解决,确保输出功率大于负载的最大功率,且留有一定的余量;

对于直流电机这类负载,如果电机卡住,会造成过流,此时可以采用取样电阻+运放,输出过流信号给到MCU进行处理;

4、短路保护:负载短路,其实就是过流

对于LDO供电电路,如果短路,可能烧毁LDO

对于BUCK降压电路,如果短路了,IC一般有短路保护

对于BOOST升压电路,如果短路,可能烧毁IC,功率电感等。

这种电路一般使用熔断保险丝,方便更换,使用保险丝座

对于非高温环境,可以使用PTC自恢复保险丝进行保护

对于LDO与BOOST升压,如果前端是BUCK降压,电路自带短路保护;如果前端是电池供电,可以使用电池保护IC进行短路保护。

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