為什么要關(guān)心系統(tǒng)中的過流保護(hù)？
1.前言
無論我們走到哪里，都會出現(xiàn)新的電子設(shè)備，讓生活更輕松或更高效。隨著我們開始依賴這些設(shè)備，無論操作環(huán)境如何，它們都必須“工作”。無論是永遠(yuǎn)在線的智能手機(jī)、我們越來越電子化的車輛、我們最喜歡的餐廳的自助結(jié)賬亭，還是我們不直接與之互動但只是作為生活一部分接受的大型工廠自動化系統(tǒng)——我們只是希望事情能夠奏效。
圖 1：我們已成為日常生活一部分的眾多電子設(shè)備示例
防止現(xiàn)代電子系統(tǒng)停機(jī)的一種主要方法是盡快檢測、響應(yīng)和修復(fù)潛在的破壞性條件。然而，兩個宏觀趨勢使這成為一個更大的挑戰(zhàn)。首先是對更高性能的渴望，盡管今天的電子產(chǎn)品的處理能力比它們的前輩高出幾個數(shù)量級，就在本世紀(jì)初。第二個是將所有這些額外的性能打包到縮小的外形尺寸中。
2.過流保護(hù)
過電流保護(hù)（Over Current Protection）就是當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時，使保護(hù)裝置動作的一種保護(hù)方式。當(dāng)流過被保護(hù)原件中的電流超過預(yù)先整定的某個數(shù)值時，保護(hù)裝置啟動，并用時限保證動作的選擇性，使斷路器跳閘或給出報警信號。過流保護(hù)電路在電路設(shè)計中我們經(jīng)常會遇到，上圖是一個常用的過流保護(hù)的設(shè)計。
系統(tǒng)熱管理已成為實(shí)施損壞檢測和預(yù)防的最流行方法之一。從歷史上看，設(shè)計師監(jiān)控溫度以保護(hù)系統(tǒng)；隨著溫度的升高，風(fēng)扇可以打開以降低環(huán)境溫度。如果電流傳輸不當(dāng)，必然會轉(zhuǎn)化成熱能。必須消除這種熱能，才能避免設(shè)備溫度上升。如果降溫不充分，則可能對部件造成損害或縮短部件的壽命。 就電子設(shè)備和 PCB而言，我們的目標(biāo)是從部件轉(zhuǎn)移走過多的熱量，在PCB內(nèi)部或兩側(cè)進(jìn)行散熱。為此，我們有時會結(jié)合被動散熱方案，比如通過外部散熱片進(jìn)行通風(fēng)或使用冷卻液。然而，隨著小型化的趨勢，在許多情況下，沒有空間來實(shí)施像風(fēng)扇這樣的占用空間的解決方案。
通過分析程序預(yù)防問題在產(chǎn)品開發(fā)過程中，人們使用各種技術(shù)識別與熱量有關(guān)的潛在問題，并開發(fā)出特種軟件包用于預(yù)防性分析。重要的是，印刷電路板在設(shè)計階段便應(yīng)做到各方面尺寸正確。因此，人們必須了解部件的要求，根據(jù)它們在信號和電源方面的需求確定走線和間距尺寸，并選擇適當(dāng)?shù)腻冦~和基材厚度。現(xiàn)有許多用于預(yù)防性熱分析工具和軟件包，可以在設(shè)計層面確定各項尺寸。人們必須了解部件的需求，根據(jù)它們在信號和電源方面的需求確定走線和間距尺寸，選擇適當(dāng)?shù)腻冦~重量或厚度，以及基材。對于簡單的PCB，如果通過外觀檢測發(fā)現(xiàn)明顯損傷，那么完全可歸因于電流。
對更高性能的需求可能會在短時間內(nèi)導(dǎo)致溫度顯著升高。在大多數(shù)情況下，這種溫度升高會導(dǎo)致功耗增加。許多設(shè)計人員沒有測量滯后指標(biāo)（溫度），而是選擇測量超前指標(biāo)、電流（或功率，即電壓乘以電流）。過流保護(hù)使設(shè)計人員能夠更有效地管理系統(tǒng)熱性能，并主動預(yù)測問題而不是對潛在問題做出反應(yīng)。
監(jiān)視過流條件的原因有很多：
· 長期系統(tǒng)可靠性。
· 系統(tǒng)/用戶安全。
· 系統(tǒng)效率。
· 故障保護(hù)。
3.具體電路
首先左側(cè)CRTL-LOAD是單片機(jī)輸出開啟負(fù)載的控制端。CRTL-LOAD輸出高電平，Q2打開，負(fù)載LOAD-IN接入。負(fù)載正常的情況下電路不會有異樣，但是當(dāng)負(fù)載突然變大(短路或者接錯負(fù)載情況下)時，保護(hù)電路開始起作用。
下面分析一下過載保護(hù)部分的電路，即Q1、R3、R4、R5組成部分。Q1是常規(guī)的硅管，導(dǎo)通壓降大致在0.7V，上圖中在不接任何負(fù)載的情況下，Q1的基極電位可以計算出：
VQ1b=(R3+R4)/(R3+R4+R5)*5≈0.314V
因為當(dāng)負(fù)載接入時，會在R3上產(chǎn)生壓降，從而推動Q1基極電位增大，我們默認(rèn)理想情況下0.7V時，三極管Q1會動作，由此理論上可以計算出接入多大負(fù)載電路會關(guān)斷：
Ib=(0.7-VQ1b)/R3=0.386V/10=0.0386A=38.6mA
即理論上此電路最多可以接入38.6mA的負(fù)載，超過38.6mA之后，由于負(fù)載增大，導(dǎo)致Q1基極電位增大超過三極管理論開啟電壓0.7V導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，從而拉低Q2基極，導(dǎo)致Q2關(guān)斷，最終切斷后面的大負(fù)載起到過流保護(hù)的作用。
器件選取需要注意：
R3要注意其精度以及封裝，根據(jù)需要的功耗選擇合適的封裝，避免小封裝對應(yīng)大功耗導(dǎo)致器件過熱。
Q2根據(jù)負(fù)載要求留有一定余量。
下載文檔
