【任務】三端穩壓器(比如7805)輸出電壓通常要供給多個芯片,當其中一個芯片短路時勢必導致穩壓器輸出短路,從而導致連鎖短路,使大面積電路工作失效或損壞。試設計一個穩壓器輸出短路保護電路。
【構思】繼承上一篇的成果:
可以發現,上面的Q1、Q2只是形成了“偽回路”,無法正常工作(二者都截止)。解決這個問題的最簡單的辦法是:R1與Q2集電極通過一個電阻R2接地:
分析上面的電路:當Uo由于負載原因近乎短路,導致流過RS的電流劇增,RS上的電壓增大,Q2導通程度加深,R1與R2的公共點電位上升,Q1導通深度減小,CE分壓增大,U1輸入電壓降低,輸出電流減小,于是對7805實現了短路保護功能。
但是,上面的電路引入了新的問題,即當Uo沒有短路時,Q1仍然要分壓,可能使U1輸入電壓不足,導致Uo低于5V。為了解決這個問題,我們可以將主回路與控制回路分開,通過調整控制回路的電流來實現短路保護,又不影響正常工作時的Uo=5V輸出:
上圖中的R3與U1形成主回路,Q1、Q2、RS、R1、R2構成短路保護控制回路。至此,穩壓電源模塊短路保護電路構思完畢,接下來確定元件參數。
【計算】假定最大輸入電壓為12V,主回路電流的保護電流為300mA,那么當Uo對地短路時,R3=12/0.3=40Ω(取標準系列的39Ω)。
假定Q2的EB導通電壓為0.7V,控制回路最大電流也假定為300mA,那么RS=0.7/0.3=2.3Ω(取標準系列的2.2Ω)。
假定Q1的最小放大倍數β=100,那么Q1允許基極電流為300/β=300/100=3mA,R1與R2公共端的最大電壓約為12V,所以R1=12/3=4k(取標準系列的3.9k)。
由于控制回路可通過U1接地,我們可以去掉多余的R2,這并不會影響電路功能。
C1常選擇0.1~0.33uF之間的容值,我們取C1=0.33uF,C2容值比C1大,我們取C1的10倍,即C2=10C1=10*0.33=3.3uF。
Q1和Q2的選型空間很大,我們不妨選擇1A 45V的ZTX550管。
確定了所有元件型號及參數的電路:
U1的其他保護措施及電阻的功率核算從略,本文著重討論短路保護的功能實現。
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