1.前言

在設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)時(shí)，我們通常必須設(shè)計(jì)電源以滿足我們的要求。一個(gè)非常流行的解決方案是采用開關(guān)模式電源（或 SMPS），因?yàn)樗鼈兊男史浅８?。然而，在保持低成本的同時(shí)設(shè)計(jì) SMPS 是非常具有挑戰(zhàn)性的，更不用說通過開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生不穩(wěn)定環(huán)路的風(fēng)險(xiǎn)了。在任何電力系統(tǒng)中，始終存在輸出短路的風(fēng)險(xiǎn)。在這種情況下，有必要保護(hù)系統(tǒng)免受電流增加造成的損壞。

過電流保護(hù)（Over Current Protection）當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)方式。

過電流保護(hù)主要包括短路保護(hù)和過載保護(hù)兩種類型。短路保護(hù)的特點(diǎn)是整定電流大、瞬時(shí)動(dòng)作。電磁式電流脫扣器(或繼電器)、熔斷器常用作短路保護(hù)元件。過載保護(hù)的特點(diǎn)是整定電流較小、反時(shí)限動(dòng)作。熱繼電器、延時(shí)型電磁式電流繼電器常用作過載保護(hù)元件。

在沒有太大沖擊電流的情況下，熔斷器也常用作過載保護(hù)元件。

在TN系統(tǒng)中，采用熔斷器作短路保護(hù)時(shí)，熔體額定電流應(yīng)小于單相短路電流的1/4；用斷路器保護(hù)時(shí)，斷路器瞬時(shí)動(dòng)作或短延時(shí)動(dòng)作過電流脫扣器的整定電流應(yīng)小于單相短路電流的2/3。

2. 方案

當(dāng)出現(xiàn)負(fù)載短路、過載或者控制電路失效等意外情況時(shí)，會(huì)引起流過穩(wěn)壓器中開關(guān)三極管的電流過大，使管子功耗增大，發(fā)熱，若沒有過流保護(hù)裝置，大功率開關(guān)三極管就有可能損壞。故而在開關(guān)穩(wěn)壓器中過電流保護(hù)是常用的。最經(jīng)濟(jì)簡便的方法是用保險(xiǎn)絲。由于晶體管的熱容量小，普通保險(xiǎn)絲一般不能起到保護(hù)作用，常用的是快速熔斷保險(xiǎn)絲。這種方法具有保護(hù)容易的優(yōu)點(diǎn)，但是，需要根據(jù)具體開關(guān)三極管的安全工作區(qū)要求來選擇保險(xiǎn)絲的規(guī)格。這種過流保護(hù)措施的缺點(diǎn)是帶來經(jīng)常更換保險(xiǎn)絲的不便。

在線性穩(wěn)壓器中常用的限流保護(hù)和電流截止保護(hù)在開關(guān)穩(wěn)壓器中均能應(yīng)用。但是，根據(jù)開關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn)，這種保護(hù)電路的輸出不能直接控制開關(guān)三極管，而必須使過電流保護(hù)的輸出轉(zhuǎn)換為脈沖指令，去控制調(diào)制器以保護(hù)開關(guān)三極管。為了實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中，這會(huì)影響電源的效率，因此多用于小功率開關(guān)穩(wěn)壓器的場(chǎng)合。而在大功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源中，考慮到功耗，應(yīng)盡量避免取樣電阻的接入。因此，通常將過電流保護(hù)轉(zhuǎn)換為過、欠電壓保護(hù)。

雖然我們可以使用多個(gè)電路來保護(hù)系統(tǒng)免受損壞，但我們也可以使用幾個(gè)電阻器、一個(gè)傳輸晶體管和一個(gè)電壓基準(zhǔn)來解決這個(gè)問題。這個(gè)整體解決方案非常具有成本效益，并且只需要最小的板上空間。

圖 1 中的電路顯示了一個(gè)限流器，該限流器帶有一個(gè)與傳輸晶體管串聯(lián)的檢測(cè)電阻器。所述ATL431是一個(gè)可調(diào)節(jié)的分流調(diào)節(jié)器，其反饋給傳輸晶體管和輸入，控制所述限流作用。當(dāng)系統(tǒng)具有連接的輸出時(shí)，汲取的電流將開始在 R CL電阻器兩端產(chǎn)生電壓。當(dāng)R CL處的電壓達(dá)到2.5V 時(shí)，會(huì)使ATL431 導(dǎo)通。這反過來又會(huì)降低傳輸晶體管的基極發(fā)射極上的電壓，從而有效地限制可以汲取的電流。

圖 1：電源限流器

為了準(zhǔn)確選擇無源元件，我建議使用ATL431的 最低工作條件和我們所需的最大電流。最佳做法是使用低于電源絕對(duì)最大條件的電流。對(duì)于此示例，讓我們使用 50mA 作為最大值（公式 1）：

我們可以使用這些條件來計(jì)算 R1 并為我們的傳輸晶體管獲得合適的 β。我們將使用 7V 作為我們的輸入電壓，因?yàn)槲覀冃枰銐虻拈_銷來提供輸出電壓，而 100 作為我們的 β。我們還假設(shè)該系統(tǒng)的輸出需要為 3V（公式 2）：

由于ATL431 是該限流器的主要反饋，并且該器件具有35μA的 I KMIN，因此我們可以獲得非常低的 R CL值。這限制了電阻器中的功耗，并有助于放寬對(duì)傳輸晶體管的 β 要求。作為額外的獎(jiǎng)勵(lì)，電壓基準(zhǔn)的最大精度為 0.5%，這意味著允許的最大 I OUT只會(huì)波動(dòng) 0.246mA。

3.結(jié)論

在獲得高精度功能的同時(shí)，使用較少數(shù)量的組件來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)非常簡單。通過采用 TI 的極低電流可編程電壓基準(zhǔn)ATL431，我們可以確保降低過流裕度，從而使我們的系統(tǒng)具有非常高的精度。該電路不僅可以用于短路保護(hù)，還可以用于限制電池功耗。