經(jīng)驗(yàn)分享:一種操作簡(jiǎn)單的防短路保護(hù)方法
發(fā)布時(shí)間:2014-05-13 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】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(jiǎn)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(guò)大時(shí)就有可能出現(xiàn)保險(xiǎn)絲還沒(méi)熔斷,器件已經(jīng)被燒毀的情況。那么有什么別的方法來(lái)防止電路短路呢?起到短路保護(hù)的作用呢?本文將為大家講解。
前段時(shí)間開(kāi)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(lái)說(shuō)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(guò)的電流也有最大限制,如果電流過(guò)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(lái)一開(kāi)始我們并沒(méi)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(kāi)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(cè)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(jiǎn)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(guò)大時(shí)就有可能出現(xiàn)保險(xiǎn)絲還沒(méi)熔斷,器件已經(jīng)被燒毀的情況。讓我們先來(lái)看一下器件燒毀的原因,可以肯定是流過(guò)器件的電流過(guò)大,內(nèi)部所發(fā)的熱量無(wú)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(shuō)的是電流過(guò)大,并不是說(shuō)電壓過(guò)高,這么說(shuō)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)解釋燒毀,那如果短路的時(shí)間非常短,雖然流過(guò)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(cè)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(lái)檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)一次該電壓,發(fā)現(xiàn)電壓超標(biāo)就關(guān)斷MOS管100毫秒。測(cè)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(wú)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(shuō)明:需要另外加一個(gè)電阻進(jìn)行電流檢測(cè)是我們用NMOS來(lái)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(lái)檢測(cè)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(jiǎn)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。
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