为什么要关心系统中的过流保护？

[导读]无论我们走到哪里，都会出现新的电子设备，让生活更轻松或更高效。随着我们开始依赖这些设备，无论操作环境如何，它们都必须“工作”。无论是永远在线的智能手机、我们越来越电子化的车辆、我们最喜欢的餐厅的自助结账亭，还是我们不直接与之互动但只是作为生活一部分接受的大型工厂自动化系统——我们只是希望事情能够奏效。

1.前言

无论我们走到哪里，都会出现新的电子设备，让生活更轻松或更高效。随着我们开始依赖这些设备，无论操作环境如何，它们都必须“工作”。无论是永远在线的智能手机、我们越来越电子化的车辆、我们最喜欢的餐厅的自助结账亭，还是我们不直接与之互动但只是作为生活一部分接受的大型工厂自动化系统——我们只是希望事情能够奏效。

图 1：我们已成为日常生活一部分的众多电子设备示例

防止现代电子系统停机的一种主要方法是尽快检测、响应和修复潜在的破坏性条件。然而，两个宏观趋势使这成为一个更大的挑战。首先是对更高性能的渴望，尽管今天的电子产品的处理能力比它们的前辈高出几个数量级，就在本世纪初。第二个是将所有这些额外的性能打包到缩小的外形尺寸中。

2.过流保护

过电流保护（Over Current Protection）就是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。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号。过流保护电路在电路设计中我们经常会遇到，上图是一个常用的过流保护的设计。

系统热管理已成为实施损坏检测和预防的最流行方法之一。从历史上看，设计师监控温度以保护系统；随着温度的升高，风扇可以打开以降低环境温度。如果电流传输不当，必然会转化成热能。必须消除这种热能，才能避免设备温度上升。如果降温不充分，则可能对部件造成损害或缩短部件的寿命。就电子设备和 PCB而言，我们的目标是从部件转移走过多的热量，在PCB内部或两侧进行散热。为此，我们有时会结合被动散热方案，比如通过外部散热片进行通风或使用冷却液。然而，随着小型化的趋势，在许多情况下，没有空间来实施像风扇这样的占用空间的解决方案。

通过分析程序预防问题在产品开发过程中，人们使用各种技术识别与热量有关的潜在问题，并开发出特种软件包用于预防性分析。重要的是，印刷电路板在设计阶段便应做到各方面尺寸正确。因此，人们必须了解部件的要求，根据它们在信号和电源方面的需求确定走线和间距尺寸，并选择适当的镀铜和基材厚度。现有许多用于预防性热分析工具和软件包，可以在设计层面确定各项尺寸。人们必须了解部件的需求，根据它们在信号和电源方面的需求确定走线和间距尺寸，选择适当的镀铜重量或厚度，以及基材。对于简单的PCB，如果通过外观检测发现明显损伤，那么完全可归因于电流。

对更高性能的需求可能会在短时间内导致温度显着升高。在大多数情况下，这种温度升高会导致功耗增加。许多设计人员没有测量滞后指标（温度），而是选择测量超前指标、电流（或功率，即电压乘以电流）。过流保护使设计人员能够更有效地管理系统热性能，并主动预测问题而不是对潜在问题做出反应。

监视过流条件的原因有很多：

· 长期系统可靠性。

· 系统/用户安全。

· 系统效率。

· 故障保护。

3.具体电路

首先左侧CRTL-LOAD是单片机输出开启负载的控制端。CRTL-LOAD输出高电平，Q2打开，负载LOAD-IN接入。负载正常的情况下电路不会有异样，但是当负载突然变大(短路或者接错负载情况下)时，保护电路开始起作用。

下面分析一下过载保护部分的电路，即Q1、R3、R4、R5组成部分。Q1是常规的硅管，导通压降大致在0.7V，上图中在不接任何负载的情况下，Q1的基极电位可以计算出：

VQ1b=(R3+R4)/(R3+R4+R5)*5≈0.314V

因为当负载接入时，会在R3上产生压降，从而推动Q1基极电位增大，我们默认理想情况下0.7V时，三极管Q1会动作，由此理论上可以计算出接入多大负载电路会关断：

Ib=(0.7-VQ1b)/R3=0.386V/10=0.0386A=38.6mA