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電源設(shè)計(jì)小貼士38:使用簡易鎖存電路保護(hù)電源

Robert Kollman,德州儀器 (TI)
2011-11-23

     您曾經(jīng)是否需要過一款簡單、低成本的鎖存電路?1 顯示的就是這樣一款電路,它只需幾元錢的組件便可以提供電源故障保護(hù),基本上是一個可控硅整流器(SCR),結(jié)合了一些離散組件。兩個晶體管正常情況下為關(guān)閉狀態(tài)。若想開啟鎖存,您需要將 PNP 基極驅(qū)動為低電平,或者將 NPN 基極驅(qū)動為高電平,直至其中一個晶體管開啟。這樣會形成集電極電流,讓另一個晶體管也開啟,從而進(jìn)一步開啟初始晶體管。電路以一種再生方式執(zhí)行鎖存操作。電流僅受限于電源阻抗和晶體管特性,從而允許電路對電容器快速放電。

     這種電路的一個有趣特性是,您可以通過選擇電阻器值建立 SCR 的保持電流。為了讓鎖存電路在觸發(fā)以后仍然保持開啟,兩個基極發(fā)射極結(jié)點(diǎn)必須要有足夠的電壓(~0.7 V)讓其保持開啟狀態(tài)。這就意味著,如果向它提供的電流為 Vbe / R1 + Vbe / R2以上,則電路鎖存。如果鎖存電路連接一個小電流的電容器,則鎖存電路對該電容器放電。一旦電路的電流減少至保持電流以下,它便關(guān)閉。

1使用離散組件構(gòu)建一個具有受控保持電流的SCR

     圖2 顯示了這種電路一個很好使用方法。圖中所示為一個高壓輸入、48-V 輸出反向轉(zhuǎn)換器,它在出現(xiàn)由控制電路故障引起的輸出過電壓狀態(tài)時(shí),利用 SCR 來關(guān)閉電源。輸入電壓首次施加于電路時(shí),流經(jīng) R3 和 R4 的電流便對大容量電容器 C3 充電。當(dāng) C3 的電壓達(dá)到足夠高時(shí),控制 IC 便開始工作,對功率 FET Q3 進(jìn)行開關(guān)操作,并將能量傳送給輸出端。通過控制 U1 的電流,實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié),從而控制通過變壓器傳輸?shù)哪芰?。這種電路還通過 U3 提供隔離式過電壓保護(hù)。我們選擇使用了齊納二極管 D5 和 D6,它們在正常工作期間不導(dǎo)電。在出現(xiàn)過電壓的情況下,它們便開始導(dǎo)電,壓制光耦合器 U3 的電流。U3 觸發(fā)由 Q4 和 Q5 組成的鎖存電路。鎖存電路對偏置電容器 C3 放電,而當(dāng) VDD 電壓達(dá)到 U2 的欠壓停止點(diǎn)時(shí) U2 停止工作。

    在電壓接近 1 伏以前,鎖存電路持續(xù)對偏置電容器放電。這樣,R3、R4、R14和R16的值變得很重要。R3和R4限制輸入線路的有效電流,而 R14 和 R16 決定了鎖存電路中要求保持電流的多少。如果 R14 和 R16 的價(jià)值較小,則鎖存電路關(guān)閉,偏置電容器充電,同時(shí)電源嘗試再次提供輸出功率。

    若出現(xiàn)故障,這種方法可提供連續(xù)重試的功能。如果電阻器的價(jià)值足夠大,則鎖存保持開啟,并且需要重啟電源來對其進(jìn)行重置。在這種情況下,便沒有連續(xù)重試。該電路中另一個重要的組件是 R5,它在鎖存電路開啟后限制偏置電源。正常情況下,需要使用這種組件來防止檢測到峰值偏壓。

2 編程實(shí)現(xiàn)SCR 的鎖存控制

    使用這種電路的方法有很多,特別是在您使用升降沿來觸發(fā)它時(shí)。例如,在 Q5 偏壓和基極之間連接一個齊納二極管,便可以在一次側(cè)實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)。您可以使用一個負(fù)向變換的溫度傳感器來驅(qū)動 Q4 的基極?;蛘?,您也可以在二次側(cè)使用一個比較器,通過一個與2 所示極為類似的光耦合器,實(shí)現(xiàn)一種非常精確的過電流關(guān)閉功能。

    總之,這種由 0.03美元的晶體管組成的鎖存電路,非常通用。它可以通過負(fù)向或者正向轉(zhuǎn)換觸發(fā),可以鎖存,也可不鎖存,具體可根據(jù)您的電阻器值而定。下次,我們將比較非連續(xù)和連續(xù)電源的瞬態(tài)響應(yīng),說明效率并非是使用同步整流器的唯一原因。

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