經(jīng)典電源電子電路設(shè)計
電源電子電路設(shè)計中存在一些不穩(wěn)定因素,而設(shè)計用來防止此類不穩(wěn)定因素影響電路效果的回路稱作保護電路。比如有過流保護、過壓保護、過熱保護、空載保護、短路保護等。鋰電池保護電路由兩個場效應管和專用保護集成塊S8232組成,過充電控制管FET2和過放電控制管FET1串聯(lián)于電路,由保護IC監(jiān)視電池電壓并進行控制,當電池電壓上升至4.2V時,過充電保護管FET2截止,停止充電。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202405/459079.htm電容在中低頻或直流情況下,就是一個儲能組件,只表現(xiàn)為一個電容的特性,但在高頻情況下,它就不僅僅是個電容了,它有一個理想電容的特性,有漏電流(在高頻等效電路上表現(xiàn)為R),有引線電感,還 在導致電壓脈沖波動情況下發(fā)熱的ESR(等效串聯(lián)電阻)。從這個圖上分析,能幫我們設(shè)計師得出很多有益的設(shè)計思路。第一,按照常規(guī)思路,1/2πfc是電容的容抗,應該是頻率越高,容抗越小,濾波效果越好,即越高頻的雜波越容易被泄放掉,但事實并非如此,因為引線電感的存在,一支電容僅僅在其 1/2πfc=2πf L等式成立的時候,才是整體阻抗最小的時候,濾波效果才最好,頻率高了低了都會濾波效果下降,由此就可以分析出結(jié)論,為什么在IC的VCC端都會加兩支電容,一支電解的,一支瓷片的,并且容值一般相差100倍以上多一點。就是兩支不同的電容的諧振頻率點岔開了一段距離,既利于對稍高頻的濾波,也利于對較低 頻的濾波。
防反接保護電路
通常情況下直流電源輸入防反接保護電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺崿F(xiàn)防反接保護。如下圖1示:這種接法簡單可靠,但當輸入大電流的情況下功耗影響是非 常大的。以輸入電流額定值達到2A,如選用Onsemi的快速恢復二極管 MUR3020PT,額定管壓降為0.7V,那么功耗至少也要達到:Pd=2A×0.7V=1.4W,這樣效率低,發(fā)熱量大,要加散熱器。另外還可以用二 極管橋?qū)斎胱稣?,這樣電路就永遠有正確的極性(圖2)。這些方案的缺點是,二極管上的壓降會消耗能量。輸入電流為2A時,圖1中的電路功耗為 1.4W,圖2中電路的功耗為2.8W。
圖1 一只串聯(lián)二極管保護系統(tǒng)不受反向極性影響,二極管有0.7V的壓降
圖2 是一個橋式整流器,不論什么極性都可以正常工作
但是有兩個二極管導通,功耗是圖1的兩倍
利用MOS管的開關(guān)特性,控制電路的導通和斷開來設(shè)計防反接保護電路,由于功率MOS管的內(nèi)阻很小,解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。
MOS管型防反接保護電路
圖3利用了MOS管的開關(guān)特性,控制電路的導通和斷開來設(shè)計防反接保護電路,由于功率MOS管的內(nèi)阻很小,現(xiàn)在 MOSFET Rds(on)已經(jīng)能夠做到毫歐級,解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。極性反接保護將保護用場效應管與被保護電路串聯(lián)連 接。保護用場效應管為PMOS場效應管或NMOS場效應管。若為PMOS,其柵極和源極分別連接被保護電路的接地端和電源端,其漏極連接被保護電路中 PMOS元件的襯底。若是NMOS,其柵極和源極分別連接被保護電路的電源端和接地端,其漏極連接被保護電路中NMOS元件的襯底。一旦被保護電路的電源 極性反接,保護用場效應管會形成斷路,防止電流燒毀電路中的場效應管元件,保護整體電路。具體N溝道MOS管防反接保護電路電路如圖3示。
圖3. NMOS管型防反接保護電路
N溝道MOS管通過S管腳和D管腳串接于電源和負載之間,電阻R1為MOS管提供電壓偏置,利用MOS管的開關(guān)特性控制電路的導通和斷開,從而防止電源 反接給負載帶來損壞。正接時候,R1提供VGS電壓,MOS飽和導通。反接的時候MOS不能導通,所以起到防反接作用。功率MOS管的 Rds(on)只有20mΩ實際損耗很小,2A的電流,功耗為(2×2)×0.02=0.08W根本不用外加散熱片。解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案 存在的壓降和功耗過大的問題。
上圖中VZ1為穩(wěn)壓管防止柵源電壓過高擊穿mos管,NMOS管的導通電阻比PMOS的小,NMOS管接在電源的負極,柵極高電平導 通,PMOS管接在電源的正極,柵極低電平導通。電源中保護電路設(shè)計過程,利用場效應管的導通電阻作為檢測電阻,監(jiān)視它的電壓降,當電壓降 超過設(shè)定值時就停止放電。在一般的情況下,電路中一般還加有延時電路,以區(qū)分浪涌電流和短路電流,總得來說電路功能還是比較完善的。
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