截止型过流保护电路的设计

李明

（天地科技股份有限公司北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013）

截止型过流保护电路的设计

李明

（天地科技股份有限公司北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013）

介绍了几种过流保护电路，并对其作了比较，重点介绍利用取样电阻、电压比较器及MOS管设计的截止型过流保护电路原理。

过流保护;电压比较器;MOS管

Design and Application of Overload Protective Circuitby Stoppage

具备过流保护功能对电源来讲至关重要，其不仅保护电源本身，防止了因短路等原因造成的电流过大烧坏电源，同时也满足了特殊环境下的使用要求。例如煤矿井下等具有爆炸性气体的环境中，在煤矿中使用没有过流保护功能的电源是不可想象的，因此，为电源设计可靠的过流保护电路意义重大，本文介绍了利用取样电阻、电压比较器及MOS管设计的截止型过流保护电路原理。

1 限流型保护电路的工作原理

最简单的限流保护电路是在电源输出回路中串一限流电阻，如图1所示，当负载电流增加时，会在限流电阻上产生压降，电源的输出电压V=Vl+ Vr，式中V是电源电压，Vr是限流电阻上的压降。

图1 限流型保护电路

电流越大限流电阻上的压降越大，负载两端的输出电压Vl越低，从而达到限流保护的作用。由于电路简单，并能起到一定的保护作用，经常被由电池供电的小型仪器采用。但对于大功率且要求有稳定输出的电源并不适用。

图2是利用调整管Q1，过流保护管Q2和取样电阻网络构成的限流保护电路。R1为检流电阻，R2，R3为取样电阻。负载正常工作时流经R1上的电流很小，当负载电流增加，R1上的压降随之增加，经R2，R3分压后提供给三级管Q1的基级使之趋于导通，由于Q1的钳位作用拉低了Q2管的基极电位，Q2管趋于截止，从而限制了电流的增加。不难看出Q2管相当于一个随负载电流变化的线性电阻。

图2 具有过流保护管的限流电路

虽然限流保护电路能提供保护作用，但保护后的电路仍能输出电流，其大小为保护电路所设定的最大电流。

2 截止型保护电路的设计

截止型过流保护电路是一种最理想的电源保护电路，其消除了限流型保护电路的缺点，在负载电流过大或电源输出端短路时作到输出电流和输出电压为零或接近零，完全切断了电源与负载之间的联系。图3是利用取样电阻、电压比较器、MOS管构成的截止型保护电路。该电路虽结构简单，但灵敏度高，工作可靠，特别适合于煤矿本安电源的过流保护电路。

正常工作时，电压比较器A的反向端输入IN－电压低于同向端输入 IN+，A的输出电压为“1”，MOS管的栅极电位被Q1管箝位为低电位MOS管导通。当过载或短路引起电压比较器反向端的电压升高，当IN－电压高于IN+的电压时，比较器翻转输出为“0”，MOS管截止。这时的电源不再输出电流，起到保护作用。

保护过程为:

图3 截止型保护电路

式中，I为电流;Vin－为电压比较器反向输入端; Vout为电压比较器输出端。

图3的电路虽然具备截止型过流保护电路的功能，但仍存在缺憾，理想的截止型过流保护电路应具备如下特点:

（1）反映速度快，当出现过载或短路时，电路能迅速提供保护。

（2）保护后电源输出的电流和输出电压为零或接近零。

（3）具备自动恢复功能，即在负载正常工作和排除短路后，电源可自动恢复正常工作。

图4是具备自动恢复功能的截止型过流保护电路，只是在图3的基础上增加了1个电压比较器B，该电路虽然结构简单，但工作可靠，同时具备了截止型过流保护电路全部功能。电路不仅能提供过流保护，在外部电路故障解除后，电路能自动解除保护，使电源恢复正常工作。

图4 具有自动恢复功能截止保护电路

3 结束语

截止型过流保护电路因其优良的工作性能，广泛应用在矿用防爆兼本安直流电源中，过流保护电路已成为煤矿井下本安电器设备中不可缺少的部分，保护电路的性能不仅影响到电源本身，同时也影响到整个矿井的生产安全。

［1］何希才，姜余祥.新型稳压电源及其应用［M］.北京:国防工业出版社，2002.

［2］王其岗.高性能电源保护电路［J］.电子技术应用，2001 （5）:44－46.

TM13

B

1006-6225（2011）04-0093-02

2011－06－21

李 明 （1953－），男，山东莒县人，高级工程师，从事矿用仪器仪表的研究开发。

［责任编辑:王兴库］