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[经验] 不得不知的的几个经典的保护电路设计

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发表于 2019-6-12 11:43:11 |显示全部楼层
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鉴于电源电路存在一些不稳定因素,而设计用来防止此类不稳定因素影响电路效果的回路称作保护电路。在各类电子产品中,保护电路比比皆是,例如:过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等等,本文就整理了一些常见的保护电路。
电机过热保护电路
生产中所用的自动车床、电热烘箱、球磨机等连续运转的机电设备,以及其它无人值守的设备, 因为电机过热或温控器失灵造成的事故时有发生,需要采取相应的保安措施。PTC热敏电阻过热保护电路能够方便、有效地预防上述事故的发生 。
下图是以电机过热保护为例,由PTC热敏电阻和施密特电路构成的控制电路。图中,RT1、RT2、RT3为三只特性一致的阶跃型PTC热敏电阻器,它们分别埋设在电机定子的绕组里。 正常情况下,PTC热敏电阻器处于常温状态,它们的总电阻值小于1KΩ。此时,V1截止,V2导通,继电器K得电吸合常开触点,电机由市电供电运转。
当电机因故障局部过热时,只要有一只PTC热敏电阻受热超过预设温度时,其阻值就会超过10KΩ以上。 于是V1导通、V2截止,VD2显示红色报警,K失电释放,电机停止运转,达到保护目的。
PTC热敏电阻的选型取决于电机的绝缘等级。通常按比电机绝缘等级相对应的极限温度低40℃左右的范围选择PTC热敏电阻的居里温度。例如,对于B1级绝缘的电机,其极限温度为130℃,应当选居里温度90℃的PTC热敏电阻。
逆变电源中的保护电路
逆变器经常需要进行电流转换,如果电路中的电流超出限定范围,将对电路和关键器件造成很大伤害,因此保护电路在逆变电源中就显得尤为重要。
防反接保护电路
如果逆变器没有防反接电路,在输入电池接反的情况下往往会造成灾难性的后果,轻则烧毁保险丝,重则烧毁大部分电路。在逆变器中防反接保护电路主要有三种:反并肖特基二极管组成的防反接保护电路,如下图所示。
可以看出,当电池接反时,肖特基二极管D导通,F被烧毁。如果后面是推挽结构的主变换电路,两推挽开关MOS管的寄生二极管的也相当于和D并联,但压降比肖特基大得多,耐瞬间电流的冲击能力也低于肖特基二极管D,这样就避免了大电流通过MOS管的寄生二极管,从而保护了两推挽开关MOS管。
这种防反接保护电路结构简单,不会影响效率,但保护后会烧毁保险丝F,需要重新更换才能恢复正常工作。
采用继电器的防反接保护电路,
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由图中可以看出,如果电池接反,D反偏,继电器K的线圈没有电流通过,触点不能吸合,逆变器供电被切断。这种防反接保护电路效果比较好,不会烧毁保险丝F,但体积比较大,继电器的触点的寿命有限。
采用MOS管的防反接保护电路,
为防反接MOS的寄生二极管,便于分析原理画出来了。当电池极性未接反时,D正偏导通,Q的GS极由电池正极经过F、R1、D回到电池负极得到正偏而导通。Q导通后的压降比D的压降小得多,所以Q导通后会使D得不到足够的正向电压而截至;
当电池极性接反时,D会由于反偏而截至,Q也会由于GS反偏而截至,逆变器不能启动。这种防反接保护电路由于没有采用机械触点开关而具有比较长的使用寿命,也不会像反并肖特基二极管组成的防反接保护电路那样烧毁保险丝F.因而得到广泛应用,缺点是MOS导通时具有一定的损耗。足够畅通无阻地通过比较大的电流还保持比较低的损耗。

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