1.前言
在設計任何系統(tǒng)時，我們通常必須設計電源以滿足我們的要求。一個非常流行的解決方案是采用開關模式電源（或 SMPS），因為它們的效率非常高。然而，在保持低成本的同時設計 SMPS 是非常具有挑戰(zhàn)性的，更不用說通過開關穩(wěn)壓器產(chǎn)生不穩(wěn)定環(huán)路的風險了。在任何電力系統(tǒng)中，始終存在輸出短路的風險。在這種情況下，有必要保護系統(tǒng)免受電流增加造成的損壞。
過電流保護（Over Current Protection）當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保護方式。
過電流保護主要包括短路保護和過載保護兩種類型。短路保護的特點是整定電流大、瞬時動作。電磁式電流脫扣器(或繼電器)、熔斷器常用作短路保護元件。過載保護的特點是整定電流較小、反時限動作。熱繼電器、延時型電磁式電流繼電器常用作過載保護元件。
在沒有太大沖擊電流的情況下，熔斷器也常用作過載保護元件。
在TN系統(tǒng)中，采用熔斷器作短路保護時，熔體額定電流應小于單相短路電流的1/4；用斷路器保護時，斷路器瞬時動作或短延時動作過電流脫扣器的整定電流應小于單相短路電流的2/3。
2. 方案
當出現(xiàn)負載短路、過載或者控制電路失效等意外情況時，會引起流過穩(wěn)壓器中開關三極管的電流過大，使管子功耗增大，發(fā)熱，若沒有過流保護裝置，大功率開關三極管就有可能損壞。故而在開關穩(wěn)壓器中過電流保護是常用的。最經(jīng)濟簡便的方法是用保險絲。由于晶體管的熱容量小，普通保險絲一般不能起到保護作用，常用的是快速熔斷保險絲。這種方法具有保護容易的優(yōu)點，但是，需要根據(jù)具體開關三極管的安全工作區(qū)要求來選擇保險絲的規(guī)格。這種過流保護措施的缺點是帶來經(jīng)常更換保險絲的不便。
在線性穩(wěn)壓器中常用的限流保護和電流截止保護在開關穩(wěn)壓器中均能應用。但是，根據(jù)開關穩(wěn)壓器的特點，這種保護電路的輸出不能直接控制開關三極管，而必須使過電流保護的輸出轉換為脈沖指令，去控制調(diào)制器以保護開關三極管。為了實現(xiàn)過電流保護一般均需要用取樣電阻串聯(lián)在電路中，這會影響電源的效率，因此多用于小功率開關穩(wěn)壓器的場合。而在大功率的開關穩(wěn)壓電源中，考慮到功耗，應盡量避免取樣電阻的接入。因此，通常將過電流保護轉換為過、欠電壓保護。
雖然我們可以使用多個電路來保護系統(tǒng)免受損壞，但我們也可以使用幾個電阻器、一個傳輸晶體管和一個電壓基準來解決這個問題。這個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限流器，該限流器帶有一個與傳輸晶體管串聯(lián)的檢測電阻器。所述ATL431是一個可調(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。當系統(tǒng)具有連接的輸出時，汲取的電流將開始在 R CL電阻器兩端產(chǎn)生電壓。當R CL處的電壓達到2.5V 時，會使ATL431 導通。這反過來又會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最大條件的電流。對于此示例，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，因為我們需要足夠的開銷來提供輸出電壓，而 100 作為我們的 β。我們還假設該系統(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，并有助于放寬對傳輸晶體管的 β 要求。作為額外的獎勵，電壓基準的最大精度為 0.5%，這意味著允許的最大 I OUT只會波動 0.246mA。
3.結論
在獲得高精度功能的同時，使用較少數(shù)量的組件來實現(xiàn)過流保護非常簡單。通過采用 TI 的極低電流可編程電壓基準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，還可以用于限制電池功耗。
