功率放大电路功率输出器件的保护

2011-09-23梁子秀

科技传播 2011年4期

关键词：功率放大三极管过流

梁子秀

郑州铁路技师学院，河南郑州 450015

功率放大电路功率输出器件的保护

梁子秀

郑州铁路技师学院，河南郑州 450015

功率放大电路中，有一个很重要的环节就是对器件进行保护。如果没有必要的保护环节就很容易造成其输出器件的过热甚至损坏。本文主要介绍了功率放大器输出器件的常用保护措施、电路及其原理分析，实用性较强。

功率放大电路；过流保护；过热保护

在功率放大电路中应采取必要的保护措施对功率输出器件进行保护，以保证其工作的正常进行。保护措施通常有过流保护和过热保护两种，本文以广泛使用的互补对称功率放大器为例简做说明。

1 过流保护

1）作用：功率放大电路的过流保护电路用于防止电路的实际输出电流大幅度超出正常工作的额定输出电流,因电流过大造成功率输出器件损坏。

2）电路形式及其原理分析：（1）MOSFET（场效应管）互补对称功率放大电路的过流保护：

电路形式如图1所示。由三极管T3、T4，电阻Rs1、Rs2以及二极管D1、D2构成的过流保护电路对功率输出管T1、T2进行保护。Rs1、Rs2是两个阻值很小的电阻，在正常情况下，T1、T1的源极电流流过Rs1、Rs2时在其上产生的电压降低于0.6V，故过流保护三极管T3、T4均截止，不影响电路的正常工作。当功率输出管T1、T2的源极电流出现过流时，Rs1、Rs2上的电压降就会超过0.6V，于是三极管T3、T4开始导通，从而使功率MOSFET管T1、T2的栅-源电压下降、漏极电流，达到过流保护的目的。

图 1 功放电路的过流保护电路

二极管D1、D2的作用是防止正常情况下三极管T3、T4的基出现误导通。在输入信号ui为负电压时，T2导通，使输出电压uo也为负电压。但由于P沟道MOSFET管T3的栅极-源极电压需要-4V～-2V才会开始导通，形成大电流输出时，栅极-源极电压将会达到-7V～-4V ，也即B点电位比输出电压低4V～-7V，这使得电路中A点的电位也可能低于输出电压uo。由于此时N沟道MOSFET管T1截止，输出电压uo就是三极管T3的基极电位。因此，如果没有二极管D1，三极管T3的集电结就会因承受正向电压而导通。同理，在输入信号ui为正电压时，二极管D2也可防止三极管T4的集电结导通。

（2）采用大双极型功率三极管（GTR）为输出级功率放大电路的过流保护：

电路形式如图2所示。此过流保护电路形式与图1基本相同，但二极管D1、D2被省去。这是由于GTR管的基极-发射极导通压降比较低，当输出信号uo为负电时，T1、T2偏置电路保证了三极管T1的基极电位低于uo+0.7V，使T1处于截止状态。同时，T1的基极电位又高于uo，使过流保护三极管T3的集电结不会因承受正向电压而导通。输入信号uI为正电压时，过流保护三极管T4的集电结也不会因承受正向电压而导通。

图2 GTR功放电路的过流保护电路

2 过热保护

1）作用：功率放大电路的过热保护电路用于防止功率输出器件因自身温度过高而出现损坏。

2）电路形式：功率放大电路的过热保护通常采用专用的集成开关来完成。温度开关内集成有热敏元件，可以感知外界的温度，当外界温度超过其温度设定值时，即以逻辑信号形式反映出过热信息。

MAX6502就是这样的温度开关系列器件，其温度设定值为45℃、55℃、65℃、75℃、85℃、95℃、105℃和115℃八种。其引脚及功能为：

（1）Vcc：电源引脚。可使用2.7V～5.5V的电源电压；（2）GND：接地引脚。同时，SOT23-5封装中的热敏电阻通过此引脚感知环境温度；（3）TOVER：输出引脚，当外界温度超过芯片的温度设定值时，产生逻辑输出信号。其输出端采用推拉式电路，当外界温度低于芯片的温度设定值时，此引脚输出低电平，当外界温度超过芯片的温度设定值时，此引脚输出高电平；（4）HYST：温度滞环输入引脚。当此引脚接地时，温度滞环为2℃，而此引脚接Vcc 时，温度滞环为10℃。如使用温度设定值为95℃的MAX6502芯片，若将HYST引脚接地，则当外界温度高于95℃时，TOVER引脚输出高电平，并一直维持，至外界温度低于93℃后，TOVER引脚输出转变为低电平。而将HYST引脚接Vcc时，则当外界温度高于95℃时，TOVER引脚输出高电平，并一直维持，至外界温度低于85℃后，TOVER引脚输出才转变为低电平。

利用MAX6502的TOVER引脚输出，可以控制电路在过热时停止工作，也可以控制电路在过热时启动风扇进行降温。以MAX6502控制风扇启停的电路如图3所示。当外界温度超过MAX6502的温度设定值时，TOVER引脚输出高电平，使晶体管T1导通，风扇加电工作。至外界温度降于温度设定值10℃后，TOVER引脚输出低电平，使晶体管T1截止，风扇停止工作。