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[经验] 简易锁存电路为电源故障提供保护

2019-5-13 14:11:53  326 电源 电容器
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您曾经是否需要过一款简单、低成本的锁存电路?图1显示的就是这样一款电路,它只需几元钱的组件便可以提供电源故障保护,基本上是一个可控硅整流器(SCR),结合了一些离散组件。两个晶体管正常情况下为关闭状态。若想开启锁存,您需要将PNP基极驱动为低电平,或者将NPN基极驱动为高电平,直至其中一个晶体管开启。这样会形成集电极电流,让另一个晶体管也开启,从而进一步开启初始晶体管。电路以一种再生方式执行锁存操作。电流仅受限于电源阻抗和晶体管特性,从而允许电路对电容器快速放电。
这种电路的一个有趣特性是,您可以通过选择电阻器值建立SCR的保持电流。为了让锁存电路在触发以后仍然保持开启,两个基极发射极结点必须要有足够的电压(~0.7 V)让其保持开启状态。这就意味着,如果向它提供的电流为Vbe/R1+Vbe/R2以上,则电路锁存。如果锁存电路连接一个小电流的电容器,则锁存电路对该电容器放电。一旦电路的电流减少至保持电流以下,它便关闭。



图1:使用离散组件构建一个具有受控保持电流的SCR

图2显示了这种电路一个很好使用方法。图中所示为一个高压输入、48-V输出反向转换器,它在出现由控制电路故障引起的输出过电压状态时,利用SCR来关闭电源。输入电压首次施加于电路时,流经R3和R4的电流便对大容量电容器C3充电。当C3的电压达到足够高时,控制IC便开始工作,对功率FET Q3进行开关操作,并将能量传送给输出端。通过控制U1的电流,实现对输出电压的调节,从而控制通过变压器传输的能量。这种电路还通过U3提供隔离式过电压保护。我们选择使用了齐纳二极管D5和D6,它们在正常工作期间不导电。在出现过电压的情况下,它们便开始导电,压制光耦合器U3的电流。U3触发由Q4和Q5组成的锁存电路。锁存电路对偏置电容器C3放电,而当VDD电压达到U2的欠压停止点时U2 停止工作。

在电压接近1伏以前,锁存电路持续对偏置电容器放电。这样,R3、R4、R14和R16的值变得很重要。R3和R4限制输入线路的有效电流,而R14和R16决定了锁存电路中要求保持电流的多少。如果R14和R16的价值较小,则锁存电路关闭,偏置电容器充电,同时电源尝试再次提供输出功率。

若出现故障,这种方法可提供连续重试的功能。如果电阻器的价值足够大,则锁存保持开启,并且需要重启电源来对其进行重置。在这种情况下,便没有连续重试。该电路中另一个重要的组件是R5,它在锁存电路开启后限制偏置电源。正常情况下,需要使用这种组件来防止检测到峰值偏压。



图2:编程实现SCR的锁存控制

使用这种电路的方法有很多,特别是在您使用升降沿来触发它时。例如,在Q5偏压和基极之间连接一个齐纳二极管,便可以在一次侧实现过电压保护。您可以使用一个负向变换的温度传感器来驱动Q4的基极。或者,您也可以在二次侧使用一个比较器,通过一个与图2所示极为类似的光耦合器,实现一种非常精确的过电流关闭功能。

总之,这种由0.03美元的晶体管组成的锁存电路,非常通用。它可以通过负向或者正向转换触发,可以锁存,也可不锁存,具体可根据您的电阻器值而定。下次,我们将比较非连续和连续电源的瞬态响应,说明效率并非是使用同步整流器的唯一原因。




作者:Robert Kollman

德州仪器 (ti)

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