简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案汇总（七款模拟威廉希尔官方网站 设计原理图详解）

过流保护威廉希尔官方网站 工作原理

当威廉希尔官方网站 处于正常状态时，通过过流保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流，过流保护用PTC热敏电阻处于常态，阻值很小，不会影响被保护威廉希尔官方网站 的正常工作。当威廉希尔官方网站 出现故障，电流大大超过额定电流时，过流保护用PTC热敏电阻陡然发热，呈高阻态，使威廉希尔官方网站 处于相对“断开”状态，从而保护威廉希尔官方网站 不受破坏。当故障排除后，过流保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态，威廉希尔官方网站 恢复正常工作。

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（一）

传统的过流保护威廉希尔官方网站 由电流感应威廉希尔官方网站 、比较威廉希尔官方网站 以及输出级组成，分为恒流式过流保护和折返式过流保护。传统的过流保护威廉希尔官方网站 采用的是“中断”模式，对于任何过流情况，只要负载电流大于限制电流，都将使LDO中断运行。

当负载电流超过限制电流ILIMIT不太多且持续作用时间不太长时，我们希望过流保护威廉希尔官方网站 能保持LDO不中断工作，因此需要采用“屏蔽”模式屏蔽掉部分可以让LDO不中断运行的过流信号，对于过流幅值和持续作用时间超过范围的过流信号，过流保护威廉希尔官方网站 又能采取中断LDO工作的模式。传统的“中断”模式电流保护威廉希尔官方网站 工作状态如图1（a）所示，分为正常工作区Ⅰ和“中断”区Ⅱ，当负载电流不超过ILIMIT时，LDO工作在正常工作区，当负载电流超过ILIMIT时LDO进入“中断”区。加入“屏蔽”模式后的过流保护威廉希尔官方网站 工作状态如图1（b），分为正常工作区Ⅲ、屏蔽区Ⅳ以及中断区Ⅴ，当负载电流小于ILIMIT时，LDO处于正常工作区，当过流信号的幅值在ILIMIT和最大幅值电流IMAX之间，持续作用时间在t=tMAX之内即同时满足ILIMIT≤ILOAD≤IMAX，t≤tMAX时，LDO进入屏蔽区，这个范围之外的过流信号将进入中断区。对比图1（a）和（b）可以看出，改进过流保护威廉希尔官方网站 后的LDO的正常工作区包括图1（b）的正常工作区Ⅲ和“屏蔽”区Ⅳ，增大了工作区的范围，提高了LDO的工作效率。

包含过流保护威廉希尔官方网站 的LDO整体框图如图2所示，虚线左边是LDO主体威廉希尔官方网站 ，包括误差放大器、功率管、负载电阻以及分压电阻。虚线右边部分为电流保护威廉希尔官方网站 ，主要作用是感应并检测负载电流是否超过限制电流，然后通过控制功率管来决定是否使LDO中断运行，包括电流感应威廉希尔官方网站 和控制威廉希尔官方网站 。传统的过流保护威廉希尔官方网站 只采用图2中实框Ⅱ所示的“中断”模式（不包括虚框），对于任何负载过流情况，不论持续作用时间如何，都使LDO中断工作；本文在传统的“中断”模式基础上，增加了“屏蔽”模式（如图2中虚框Ⅰ），能有效屏蔽希望LDO不中断工作的过流信号，使LDO更高效运行，同时保留“中断”模式，保证LDO安全工作。

图2  带过流保护威廉希尔官方网站 的LDO框图

“屏蔽”模式威廉希尔官方网站 实现

图3是改进前后的过流保护威廉希尔官方网站 图。不加虚框部分是传统的“中断”模式过流保护威廉希尔官方网站 ，由电流感应威廉希尔官方网站 、比较威廉希尔官方网站 以及输出级威廉希尔官方网站 组成。电流感应威廉希尔官方网站 采样功率管电流。采样得到的电流和限制电流ILIMIT分别转化为比较器的两输入端电压VSENSE和VLIMIT并进行比较，得到VCO。VCO作用于输出级威廉希尔官方网站 以控制功率管栅极电压。如果负载过流，过流保护威廉希尔官方网站 使得功率管栅极电压PG为高电平，强行使LDO中断。

图3  改进后的电流保护威廉希尔官方网站 图

如果我们在威廉希尔官方网站 中加入图3虚框A区所示的威廉希尔官方网站 结构，威廉希尔官方网站 将变为“屏蔽”模式电流保护。屏蔽威廉希尔官方网站 由延时威廉希尔官方网站 、或非门构成。比较器甲输出的信号VB1经过延时后得到VB2，VB1和VB2进行或非运算再经过一次反向后得到屏蔽威廉希尔官方网站 的输出信号VBOUT。

由于逻辑或运算只能使同时为1的两个信号保持不变，因此，可以通过或非门和反相器消除掉延迟时间内的脉冲信号。在过流保护威廉希尔官方网站 中增加屏蔽威廉希尔官方网站 ，则可屏蔽掉延迟时间内的过流信号，但如果负载电流太大，可能瞬间烧毁功率管，因此需要相应的关断威廉希尔官方网站 。当负载电流超过最大限制电流IMAX时，过流保护威廉希尔官方网站 能不经过延迟直接关断LDO。

图3虚框B区威廉希尔官方网站 能解决屏蔽时间内大电流可能导致功率管瞬间烧毁的问题，当延迟时间内出现很大过流信号时，能及时关断功率管，保证系统安全。关断威廉希尔官方网站 由比较器乙和NMOS开关管M1组成。

当过流信号超过最大限制电流IMAX（此时VSENSE》VMAX）时，比较器乙输出VCOUT为高电平导致开关管M1导通，使得VCO强行为低电平而不受屏蔽威廉希尔官方网站 影响并同步关断LDO，保证功率管安全。当过流电流不是太大时，比较器输出电压VCOUT为低，开关管M1不导通，不影响屏蔽威廉希尔官方网站 工作。

图3所示的改进电流保护威廉希尔官方网站 能够实现图1（b）所期望的“屏蔽”区工作模式。负载电流过流最大持续作用时间tMAX和最大过流幅值IMAX即为“屏蔽”区的时间和幅值边界。实际应用中，功率管能承受的热功耗和击穿电流是有限的。最大持续作用时间tMAX由功率管能承受的热功耗和散热性能决定，而功率管的最大击穿电流确定了过流的最大幅值IMAX。

对于特定的应用需要，通过设定合理的屏蔽时间与最大过流幅值，能使LDO更高效地运行。

“屏蔽”模式的逻辑关系如图4所示，其中VB1和VCOUT分别为比较器甲和乙的输出信号，VB1经过一个延迟时间后输出信号为VB2，屏蔽威廉希尔官方网站 输出电压为VBOUT，VCO为屏蔽威廉希尔官方网站 的输出端。VB1、VB2和VBOUT的波形反应了屏蔽威廉希尔官方网站 的逻辑关系，只有当VB1和VB2同时为高电平，VBOUT才为低电平，否则VBOUT一直为高电平，因此屏蔽威廉希尔官方网站 屏蔽了延迟时间内的脉冲信号，保持宽脉冲信号；VCOUT为使能端，只要VCOUT为高电平，VCO立即变为低电平。

图4“屏蔽”威廉希尔官方网站 逻辑关系图

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（二）

采用电流传感器进行电流检测

过流检测传感器的工作原理如图1所示。通过变流器所获得的变流器次级电流经I／V转换成电压，该电压直流化后，由电压比较器与设定值相比较，若直流电压大于设定值，则发出辨别信号。但是这种检测传感器一般多用于监视感应电源的负载电流，为此需采取如下措施。由于感应电源启动时，启动电流为额定值的数倍，与启动结束时的电流相比大得多，所以在单纯监视电流电瓶的情况下，感应电源启动时应得到必要的输出信号，必须用定时器设定禁止时间，使感应电源启动结束前不输出不必要的信号，定时结束后，转入预定的监视状态。

启动浪涌电流限制威廉希尔官方网站

开关电源在加电时，会产生较高的浪涌电流，因此必须在电源的输入端安装防止浪涌电流的软启动装置，才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围内。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现出较低的阻抗。如果不采取任何保护措施，浪涌电流可接近数百A。

开关电源的输入一般采用电容整流滤波威廉希尔官方网站 如图2所示，滤波电容C可选用低频或高频电容器，若用低频电容器则需并联同容量高频电容器来承担充放电电流。图中在整流和滤波之间串入的限流电阻Rsc是为了防止浪涌电流的冲击。合闸时Rsc限制了电容C的充电电流，经过一段时间，C上的电压达到预置值或电容C1上电压达到继电器T动作电压时，Rsc被短路完成了启动。同时还可以采用可控硅等威廉希尔官方网站 来短接Rsc。当合闸时，由于可控硅截止，通过Rsc对电容C进行充电，经一段时间后，触发可控硅导通，从而短接了限流电阻Rsc。

采用基极驱动威廉希尔官方网站 的限流威廉希尔官方网站

在一般情况下，利用基极驱动威廉希尔官方网站 将电源的控制威廉希尔官方网站 和开关晶体管隔离开。控制威廉希尔官方网站 与输出威廉希尔官方网站 共地，限流威廉希尔官方网站 可以直接与输出威廉希尔官方网站 连接，工作原理如图3所示，当输出过载或者短路时，V1导通，R3两端电压增大，并与比较器反相端的基准电压比较。控制PWM信号通断。

通过检测IGBT的Vce

当电源输出过载或者短路时，IGBT的Vce值则变大，根据此原理可以对威廉希尔官方网站 采取保护措施。对此通常使用专用的驱动器EXB841，其内部威廉希尔官方网站 能够很好地完成降栅以及软关断，并具有内部延迟功能，可以消除干扰产生的误动作。其工作原理如图4所示，含有IGBT过流信息的Vce不直接发送到EXB841的集电极电压监视脚6，而是经快速恢复二极管VD1，通过比较器IC1输出接到EXB841的脚6，从而消除正向压降随电流不同而异的情况，采用阈值比较器，提高电流检测的准确性。假如发生了过流，驱动器：EXB841的低速切断威廉希尔官方网站 会缓慢关断IGBT，从而避免集电极电流尖峰脉冲损坏IGBT器件。

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（三）

直流威廉希尔官方网站 的过流保护设计方法

电子保护威廉希尔官方网站 具有高速断流、恢复容易的特点，可应用于任何直流威廉希尔官方网站 中作过流保护装置。而采用普通熔丝的保护威廉希尔官方网站 ，其过电流反应是较迟钝的，因而不能作为灵敏的保护装置。

原理：电子保护威廉希尔官方网站 如附图所示。当微动开关Ｋ接通时，单向晶闸管ＳＣＲ导通，直流威廉希尔官方网站 也导通。当用电量增大到超过规定的允许值时，检测电阻Ｒ１上的电压大于０．７Ｖ时，晶体管ＢＧ导通，此时晶体管集电极Ｃ和基极ｂ间的电压下降到低于３ＣＴ的维持电压，３ＣＴ关断，切断供电威廉希尔官方网站 。

元件选择：当威廉希尔官方网站 两端电压≤１００Ｖ时，ＢＧ用３ＤＤ１５Ｃ，单向晶闸管ＳＣＲ可用６Ａ／４００Ｖ。Ｒ１的阻值是根据电源所允许的电流确定的，即Ｒ１＝０．７／Ｉ（Ｉ为电源允许电流）。若威廉希尔官方网站 的耗电是５Ｗ，Ｒ２阻值为０．３５Ω的线绕电阻，允许通过的电流为２Ａ。

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（四）

带自锁的过流保护威廉希尔官方网站

 

 

1.第一个部分是电阻取样，负载和R1串联，大家都知道。串联的电流相等，.R2上的电压随着负载的电流变化而变化，电流大，R2两端电压也高，.R3 D1组成运放保护威廉希尔官方网站 ，防止过高的电压进入运放导致运放损坏，.C1是防止干扰用的。

2.第二部分是一个大家相当熟悉的同相放大器，由于前级的电阻取样的信号很小，所以得要用放大威廉希尔官方网站 放大。才能用，放大倍数由VR1 R4决定。

3.第三部分是一个比较器威廉希尔官方网站 ，放大器把取样的信号放大，然后经过这级比较，从而去控制后级的动作，是否切断电源或别的操作，比较器是开路输出。所以要加上上位电阻，不然无法输出高电平。

4.第四部分是一个驱动继电器的威廉希尔官方网站 ，这个威廉希尔官方网站 和一般所不同的是，这个是一个自锁威廉希尔官方网站 ， 一段保护信号过来后，这个威廉希尔官方网站 就会一直工作，直到断掉电源再开机，这个自锁威廉希尔官方网站 结构和单向可控硅差不多。

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（五）

过流保护用PTC热敏电阻通过其阻值突变限制整个线路中的消耗来减少残余电流值。可取代传统的保险丝，广泛用于马达、变压器、开关电源、电子线路等的过流过热保护，传统的保险丝在线路熔断后无法自行恢复， 而过流保护用PTC热敏电阻在故障撤除后即可恢复到预保护状态，当再次出现故障时又可以实现其过流过热保护功能 。

过流保护威廉希尔官方网站 图

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（六）

当电动机启动时，按一下带锁扣式按钮SBi，启动结束（电动机转速稳定后），再按一下SBi，这时保护威廉希尔官方网站 投入工作。对于启动时间短（如数秒）的电动机，SBi也可采用普通按钮，只要在启动过程中一直按着SBi即可。

电动机正常运行时，电流互感器TAi~TA3次级感应电势较小，也不足以触发晶闸管V。如下图所示。

简单过流保护威廉希尔官方网站 设计方案（七）

电流采样及信号调理威廉希尔官方网站 设计

常用的电流采样方式有采样电阻法和霍尔电流互感器法两种。在采样电流精度要求不高的场达母线电流进行采样，然后对采样数据进行信号调理，再将调理过后的信号输入到过流故障保护威廉希尔官方网站 。本文设计了三种过流保护，分别是瞬时过流保护威廉希尔官方网站 、软件平均电流保护威廉希尔官方网站 和硬件平均电合下，釆样电阻法有着结构简单和成本低的优势。采样电阻法是在三相全桥威廉希尔官方网站 下桥臂的COM端接一个高精度电阻，将电流信号转换成电压信号，通过检测采样电阻的电压值就可以计算出此时三相全桥威廉希尔官方网站 的电流，即马达母线电流。在本威廉希尔官方网站 设计中，选用了阻值为0.10、精度为1%的电阻作为电流采样电阻。电流采样及信号调理威廉希尔官方网站 的硬件设计如图1所示。

图1：电流采样及信号调理威廉希尔官方网站

在图1的威廉希尔官方网站 中，采样电阻的电压K通过信号调理威廉希尔官方网站 放大到1〜1.5V之间，输入微控制器的AD釆用单元。釆样信号上叠加了高频干信号，特别是由马达换相引起的瞬时尖峰信号，因此在采样信号调理威廉希尔官方网站 设计了低通滤波器，用于吸收采样电阻的高频干扰信号，减小输入信号的高频波动。同时在运算放大器的反馈环节上设计了积分电容，减小高频增益，稳定直流分量，降低高频干扰信号对输出信号的影响。

电流保护威廉希尔官方网站 设计

本控制系统设计了三种电流保护威廉希尔官方网站 ，分别是软件平均电流保护威廉希尔官方网站 、硬件电流保护威廉希尔官方网站 和瞬时电流保护威廉希尔官方网站 。

（1）软件平均电流保护威廉希尔官方网站

微控制器的AD单元对信号调理威廉希尔官方网站 的模拟输出信号进行周期性的采样，转换为数字信号并计算马达母线电流，软件程序通过滑动窗口的方式计算平均电流，对母线的平均电流做窗口限制，并进行故障处理。

（2）硬件电流保护威廉希尔官方网站

硬件电流保护是通过信号调理威廉希尔官方网站 和过流故障保护威廉希尔官方网站 来实现的，信号调理威廉希尔官方网站 输出的模拟电压输入到过流故障保护威廉希尔官方网站 ，并在过流时做故障处理。过流故障保护威廉希尔官方网站 的原理图如图2所示。

图2：过流故障保护威廉希尔官方网站

在过流故障保护威廉希尔官方网站 的设计中，比较器输出端幵漏，其同相输入端为信号调理威廉希尔官方网站 的输出值，反相输入端为限流电压。D触发器Q端的输出信号用于控制VEE开关威廉希尔官方网站 的使能与失能。当运行出现故障导致电流大于限定值时，限流比较器输出高电平，在电平的上升沿，D触发器的Q端输出高电平，Q输出低电平并保持锁定。M_PTR_OUT控制VEE开关威廉希尔官方网站 关闭。

通过调节信号处理威廉希尔官方网站 的滤波电容和积分电容，滤除高频波动信号，稳定直流分量，提升硬件电流保护性能。

（3）瞬时电流保护威廉希尔官方网站

瞬时威廉希尔官方网站 保护威廉希尔官方网站 主要是在运行中对全桥威廉希尔官方网站 的瞬时电流进行监测，减小威廉希尔官方网站 中的高能量尖峰对全桥MOS管的影响。当全桥威廉希尔官方网站 中瞬时电流高于限定值时，保护威廉希尔官方网站 将关闭6路PWM输出，并开启报警指示灯；当高压瞬时电流小于限定值时，将自动开启PWM驱动输出。瞬时电流保护威廉希尔官方网站 如图3所示。

图3：瞬时电流保护威廉希尔官方网站 的威廉希尔官方网站

瞬时过流保护威廉希尔官方网站 是通过STM32的BREAK功能来实现的，发生瞬时过流时，比较器输出反转置高电平，STM32的主输出使能位MOE被异步清除，关闭定时器的互补输出；当瞬时电流降低后，比较器输出低电平，BREAK刹车无效，主输出使能位MOE将在定时器的更新事件时自动置1，定时器的互补输出恢复。