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大多數(shù)讀者都熟悉圖1中的限流電路。在這個(gè)電路中，負(fù)載電流IL的值被限定為IL≈VBE/RS，VBE為基極到發(fā)射極電壓，RS為靈敏電阻。在正常情況下，基極到發(fā)射極電壓太小以至于不能將Q1偏置打開，P通道MOSFET Q2的柵極電阻RG將Q2完全偏置打開，只有負(fù)載電阻RL和負(fù)載電壓VL決定負(fù)載電流。然而，如果負(fù)載電流上升到基極到發(fā)射極電壓約為0.7V時(shí)的值，Q1開始導(dǎo)電并且將Q2的柵極到源極電壓VGS降到負(fù)載電流基本上與從ILMAXIMUM≈0.7V/RS獲取的值持平的電平。 該線性限流器在最大負(fù)載電流或電源電壓或兩者都相對(duì)較小的應(yīng)用中有效。然而，該電路的傳輸晶體管耗散的功率限制了該電路的可用性。例如，如果最大負(fù)載電流為200mA，電源電壓VS為24V，負(fù)載短路將耗散大約5W功率到Q2。Q2必須適當(dāng)?shù)靥幚碓摴β剩⑶铱赡軙?huì)需要額外的吸熱器將結(jié)溫保持在一個(gè)安全水平。使用最大負(fù)載電流或電源電壓或兩者的更大值會(huì)加重這個(gè)問(wèn)題。在許多應(yīng)用中，處理短路功率耗散的器件的成本、尺寸和重量可能會(huì)難以承受。 然而，通過(guò)添加一些廉價(jià)器件，可以使電路提供有效限流，而無(wú)須擔(dān)憂功率耗散問(wèn)題。這樣的電路起一個(gè)自動(dòng)復(fù)位斷路器的作用（圖 2a）。同樣，在靈敏電壓VSENSE=IL×RS的情況下，Q1和RS提供電流監(jiān)視功能。在這個(gè)電路中，Q2既不完全打開也不完全關(guān)閉，永遠(yuǎn)不會(huì)偏置到它的線性區(qū)。因?yàn)镼1的基極電流在正常情況下很小，基極電阻RB的壓降也很小，這樣基極到發(fā)射極電壓約等于靈敏電壓。 要想了解電路如何作業(yè)，可以假設(shè)負(fù)載電壓起初很低，基極到發(fā)射極電壓低于0.7V。在這些情況下，Q1是關(guān)閉的，計(jì)時(shí)電容器C1仍沒(méi)有充電，而施密特逆變器IC1的輸入電壓VIN為0V。這樣，IC1的輸出電壓約為5V，將Q3偏置打開，因此這也通過(guò)R4為Q2提供了柵極偏置，允許電流從電源電壓通過(guò)靈敏電阻和Q2的導(dǎo)通電阻流入負(fù)載。 如果現(xiàn)在負(fù)載電流因故障上升到基極到發(fā)射極電壓約為0.7V時(shí)的水平，Q1打開并且它的集電極電流迅速向C1充電。輸入電壓快速上升至施密特逆變器的上限電壓VTU，這時(shí)IC1的輸出下降，導(dǎo)致Q3和Q2關(guān)閉。現(xiàn)在，負(fù)載電流降至 0A，基極到發(fā)射極電壓降至0V，導(dǎo)致Q1被關(guān)閉。現(xiàn)在，C1開始通過(guò)R1和R2放電，輸入電壓緩慢降至施密特逆變器的下限電壓值VTL。這時(shí)，IC1的輸出再次上升，Q3和Q2打開，斷路器自動(dòng)復(fù)位。該程序?qū)⒉粩嘀貜?fù)，直至解決該故障。 電路的波形顯示輸入電壓和負(fù)載電壓之間的關(guān)系（圖2b）。因?yàn)橹辉赒2打開的時(shí)候，負(fù)載電流才流入Q2，Q2耗散的平均功率與占空度成正比：PAVG∝tON/(tON+tOFF)，PAVG為平均功率，單位為W，tON為打開時(shí)間，tOFF為關(guān)閉時(shí)間。假設(shè)C1、R1和R2設(shè)置了足夠大的時(shí)間常數(shù)，正常情況下，關(guān)閉時(shí)間比打開時(shí)間要大得多，Q2的功耗則會(huì)很低。和線性限流器一樣，靈敏電阻設(shè)置斷路器的電流限制：ILMAXIMUM≈0.7V/RS (A)。 R1和R2組成一個(gè)分壓器。該分壓器保證輸入電壓永遠(yuǎn)不超過(guò)IC1的最大輸入電壓。當(dāng)Q1為完全打開時(shí)，選擇輸入電壓值為5V或更低，C1的電壓大致和電源電壓相等。并且選擇大到可以提供一個(gè)大時(shí)間常數(shù)的值，而無(wú)須一個(gè)非常大的C1值。晶體管Q1的選擇并不關(guān)鍵，但應(yīng)該選擇一個(gè)有良好電流增益的器件，并確保它的最大集電極到發(fā)射極電壓比電源電壓高。在為Q2選擇P通道MOSFET時(shí)，請(qǐng)記住當(dāng)將它偏置關(guān)閉時(shí)，所選MOSFET必須能承受全部電源電壓。所以，請(qǐng)確保最大漏極到源極電壓比電源電壓高。當(dāng)為靈敏電阻選擇值時(shí)，請(qǐng)確保基極到發(fā)射極電壓在負(fù)載電流的最大正常值時(shí)低于0.5V。 呈現(xiàn)大沖擊電流的負(fù)載（如白熾燈、電容負(fù)載和電機(jī)）會(huì)導(dǎo)致斷路器跳閘。可以通過(guò)添加電容器CX、二極管DX和電阻RX來(lái)避免這些問(wèn)題。在通電情況下，CX起初未充電，并通過(guò)DX將輸入電壓降為0V。這一行為避免了斷路器跳閘，直到?jīng)_擊電流減弱。CX和RX決定延遲，這之后CX的電壓最終升到電源電壓，DX變?yōu)榉聪蚱茫瑪嗦菲骺梢宰杂傻叵蛩查g過(guò)流故障做出回應(yīng)。請(qǐng)準(zhǔn)備用CX和RX的值做試驗(yàn)，以便得到正確的延遲時(shí)間。10mF和1 MΩ分別是良好的起點(diǎn)。 |
