一種簡單的防短路保護(hù)方法

簡介：注釋：靜電損壞器件是擊穿，和燒毀是兩個(gè)概念，不要混淆在一起。

前段時(shí)間開發(fā)了一個(gè)產(chǎn)品，由單片機(jī)控制對(duì)負(fù)載供電，滿負(fù)載時(shí)基準(zhǔn)電流為800毫安，程序提供不同的供電模式，具體是由單片機(jī)輸出一個(gè)PWM信號(hào)控制MOS管，從而按要求調(diào)整工作電流。我們知道MOS管導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻非常小，我們所用的型號(hào)約為0.1歐姆的樣子，這樣正常工作時(shí)上面最大壓降非常小，只有800毫安*0.1歐姆=0.08伏，上面的功率損耗為0.064瓦，對(duì)于電源控制來說是一種效果不錯(cuò)的器件。

雖然MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻非常小，但所流過的電流也有最大限制，如果電流過大，比如外接負(fù)載短路，同樣會(huì)被燒毀。短路都是非正常工作狀態(tài)，本來一開始我們并沒有對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行短路保護(hù)考慮，在調(diào)試中一次意外讓我們把開始考慮增加短路保護(hù)。當(dāng)時(shí)裝好一塊新板，控制信號(hào)測試都已經(jīng)正常，想看看接上負(fù)載的情況，當(dāng)時(shí)圖方便直接將負(fù)載的兩條線用手按接在板上，結(jié)果一動(dòng)導(dǎo)致這兩點(diǎn)短路，“啪”的一聲脆響，一團(tuán)火花后是青煙裊裊，MOS管燒了。

通常短路保護(hù)都是使用保險(xiǎn)絲，只要電流一大，保險(xiǎn)絲就自動(dòng)熔斷。用保險(xiǎn)絲的方法雖然簡單，但需要增加成本，另外保險(xiǎn)絲熔斷需要一段時(shí)間，電流過大時(shí)就有可能出現(xiàn)保險(xiǎn)絲還沒熔斷，器件已經(jīng)被燒毀的情況。讓我們先來看一下器件燒毀的原因，可以肯定是流過器件的電流過大，內(nèi)部所發(fā)的熱量無法及時(shí)傳遞出去，從而導(dǎo)致溫度急劇升高，最后被燒毀。

注意這里我說的是電流過大，并不是說電壓過高，這么說是想強(qiáng)調(diào)有時(shí)候雖然電壓很高，但這個(gè)電壓并不能產(chǎn)生持續(xù)的大電流，比如人身上的靜電很容易就高達(dá)幾千伏，這么高的電壓并不能燒毀任何器件。究其原因就是人身上的靜電雖然高，但可以通過接地的導(dǎo)體迅速釋放掉，不能形成持續(xù)的大電流，放電過程釋放的能量并不大，這個(gè)能量不足以燒毀器件。到這里我想大家應(yīng)該明白了，器件的燒毀唯一的條件就是足夠的能量釋放在它上面，器件不能通過熱傳遞將這些能量轉(zhuǎn)移出去，溫度急劇升高而燒毀。

既然可以用能量的觀點(diǎn)來解釋燒毀，那如果短路的時(shí)間非常短，雖然流過的電流很大，但時(shí)間更短，是不是就不會(huì)燒毀器件了呢?理論上分析這種想法是對(duì)的，只要我們能夠檢測出短路，而且一短路就能切斷電源，器件就應(yīng)該不會(huì)被燒毀。

因?yàn)楫a(chǎn)品所用的單片機(jī)有多余的ADC口，于是我們用多余的ADC口來檢測電流，做法是在負(fù)載與地之間串聯(lián)一個(gè)0.22歐姆的小電阻，用ADC檢測這個(gè)電阻對(duì)地的電壓。正常工作的滿負(fù)載電流為800毫安，在這個(gè)電阻上的壓降為800毫安*0.22歐姆=0.176伏，如果ADC口檢測到的電壓達(dá)到這個(gè)值的三倍，我們就認(rèn)為短路發(fā)生，立即將MOS管的輸出關(guān)斷，每10毫秒檢測一次該電壓，發(fā)現(xiàn)電壓超標(biāo)就關(guān)斷MOS管100毫秒。測試結(jié)果證明前面的假設(shè)正確，加上這樣的處理后輸出無論怎樣短路，都不會(huì)燒毀MOS管，而且一旦短路消除可以迅速恢復(fù)輸出。

說明：需要另外加一個(gè)電阻進(jìn)行電流檢測是我們用NMOS來控制電源輸出，NMOS的導(dǎo)通內(nèi)阻比PMOS要小，通常是接在負(fù)載的正端，如果直接利用NMOS管的內(nèi)阻來檢測電流會(huì)比較麻煩，用另外一個(gè)小電阻串接在負(fù)載的負(fù)端到地會(huì)更簡便，只是效率會(huì)略有下降。

注釋：靜電損壞器件是擊穿，和燒毀是兩個(gè)概念，不要混淆在一起。