如何选择合适的过流保护方案，保证电路简单而精确，同时最大限度地降低成本

1.前言

在设计任何系统时，我们通常必须设计电源以满足我们的要求。一个非常流行的解决方案是采用开关模式电源（或 SMPS），因为它们的效率非常高。然而，在保持低成本的同时设计 SMPS 是非常具有挑战性的，更不用说通过开关稳压器产生不稳定环路的风险了。在任何电力系统中，始终存在输出短路的风险。在这种情况下，有必要保护系统免受电流增加造成的损坏。

过电流保护（Over Current Protection）当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。

过电流保护主要包括短路保护和过载保护两种类型。短路保护的特点是整定电流大、瞬时动作。电磁式电流脱扣器(或继电器)、熔断器常用作短路保护元件。过载保护的特点是整定电流较小、反时限动作。热继电器、延时型电磁式电流继电器常用作过载保护元件。

在没有太大冲击电流的情况下，熔断器也常用作过载保护元件。

在TN系统中，采用熔断器作短路保护时，熔体额定电流应小于单相短路电流的1/4；用断路器保护时，断路器瞬时动作或短延时动作过电流脱扣器的整定电流应小于单相短路电流的2/3。

2. 方案

当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时，会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大，发热，若没有过流保护装置，大功率开关三极管就有可能损坏。故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。最经济简便的方法是用保险丝。由于晶体管的热容量小，普通保险丝一般不能起到保护作用，常用的是快速熔断保险丝。这种方法具有保护容易的优点，但是，需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。

在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。但是，根据开关稳压器的特点，这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管，而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令，去控制调制器以保护开关三极管。为了实现过电流保护一般均需要用取样电阻串联在电路中，这会影响电源的效率，因此多用于小功率开关稳压器的场合。而在大功率的开关稳压电源中，考虑到功耗，应尽量避免取样电阻的接入。因此，通常将过电流保护转换为过、欠电压保护。

虽然我们可以使用多个电路来保护系统免受损坏，但我们也可以使用几个电阻器、一个传输晶体管和一个电压基准来解决这个问题。这个整体解决方案非常具有成本效益，并且只需要最小的板上空间。

图 1 中的电路显示了一个限流器，该限流器带有一个与传输晶体管串联的检测电阻器。所述ATL431是一个可调节的分流调节器，其反馈给传输晶体管和输入，控制所述限流作用。当系统具有连接的输出时，汲取的电流将开始在 R CL电阻器两端产生电压。当R CL处的电压达到2.5V 时，会使ATL431 导通。这反过来又会降低传输晶体管的基极发射极上的电压，从而有效地限制可以汲取的电流。

图 1：电源限流器

为了准确选择无源元件，我建议使用ATL431的 最低工作条件和我们所需的最大电流。最佳做法是使用低于电源绝对最大条件的电流。对于此示例，让我们使用 50mA 作为最大值（公式 1）：

我们可以使用这些条件来计算 R1 并为我们的传输晶体管获得合适的 β。我们将使用 7V 作为我们的输入电压，因为我们需要足够的开销来提供输出电压，而 100 作为我们的 β。我们还假设该系统的输出需要为 3V（公式 2）：

由于ATL431 是该限流器的主要反馈，并且该器件具有35µA的 I KMIN，因此我们可以获得非常低的 R CL值。这限制了电阻器中的功耗，并有助于放宽对传输晶体管的 β 要求。作为额外的奖励，电压基准的最大精度为 0.5%，这意味着允许的最大 I OUT只会波动 0.246mA。

3.结论

在获得高精度功能的同时，使用较少数量的组件来实现过流保护非常简单。通过采用 TI 的极低电流可编程电压基准ATL431，我们可以确保降低过流裕度，从而使我们的系统具有非常高的精度。该电路不仅可以用于短路保护，还可以用于限制电池功耗。