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大多數讀者都熟悉圖1中的限流電路。在這個(gè)電路中，負載電流IL的值被限定為IL≈VBE/RS，VBE為基極到發(fā)射極電壓，RS為靈敏電阻。在正常情況下，基極到發(fā)射極電壓太小以至于不能將Q1偏置打開(kāi)，P通道MOSFET Q2的柵極電阻RG將Q2完全偏置打開(kāi)，只有負載電阻RL和負載電壓VL決定負載電流。然而，如果負載電流上升到基極到發(fā)射極電壓約為0.7V時(shí)的值，Q1開(kāi)始導電并且將Q2的柵極到源極電壓VGS降到負載電流基本上與從ILMAXIMUM≈0.7V/RS獲取的值持平的電平。 該線(xiàn)性限流器在最大負載電流或電源電壓或兩者都相對較小的應用中有效。然而，該電路的傳輸晶體管耗散的功率限制了該電路的可用性。例如，如果最大負載電流為200mA，電源電壓VS為24V，負載短路將耗散大約5W功率到Q2。Q2必須適當地處理該功率，并且可能會(huì )需要額外的吸熱器將結溫保持在一個(gè)安全水平。使用最大負載電流或電源電壓或兩者的更大值會(huì )加重這個(gè)問(wèn)題。在許多應用中，處理短路功率耗散的器件的成本、尺寸和重量可能會(huì )難以承受。 然而，通過(guò)添加一些廉價(jià)器件，可以使電路提供有效限流，而無(wú)須擔憂(yōu)功率耗散問(wèn)題。這樣的電路起一個(gè)自動(dòng)復位斷路器的作用（圖 2a）。同樣，在靈敏電壓VSENSE=IL×RS的情況下，Q1和RS提供電流監視功能。在這個(gè)電路中，Q2既不完全打開(kāi)也不完全關(guān)閉，永遠不會(huì )偏置到它的線(xiàn)性區。因為Q1的基極電流在正常情況下很小，基極電阻RB的壓降也很小，這樣基極到發(fā)射極電壓約等于靈敏電壓。 要想了解電路如何作業(yè)，可以假設負載電壓起初很低，基極到發(fā)射極電壓低于0.7V。在這些情況下，Q1是關(guān)閉的，計時(shí)電容器C1仍沒(méi)有充電，而施密特逆變器IC1的輸入電壓VIN為0V。這樣，IC1的輸出電壓約為5V，將Q3偏置打開(kāi)，因此這也通過(guò)R4為Q2提供了柵極偏置，允許電流從電源電壓通過(guò)靈敏電阻和Q2的導通電阻流入負載。 如果現在負載電流因故障上升到基極到發(fā)射極電壓約為0.7V時(shí)的水平，Q1打開(kāi)并且它的集電極電流迅速向C1充電。輸入電壓快速上升至施密特逆變器的上限電壓VTU，這時(shí)IC1的輸出下降，導致Q3和Q2關(guān)閉�，F在，負載電流降至 0A，基極到發(fā)射極電壓降至0V，導致Q1被關(guān)閉�，F在，C1開(kāi)始通過(guò)R1和R2放電，輸入電壓緩慢降至施密特逆變器的下限電壓值VTL。這時(shí)，IC1的輸出再次上升，Q3和Q2打開(kāi)，斷路器自動(dòng)復位。該程序將不斷重復，直至解決該故障。 電路的波形顯示輸入電壓和負載電壓之間的關(guān)系（圖2b）。因為只在Q2打開(kāi)的時(shí)候，負載電流才流入Q2，Q2耗散的平均功率與占空度成正比：PAVG∝tON/(tON+tOFF)，PAVG為平均功率，單位為W，tON為打開(kāi)時(shí)間，tOFF為關(guān)閉時(shí)間。假設C1、R1和R2設置了足夠大的時(shí)間常數，正常情況下，關(guān)閉時(shí)間比打開(kāi)時(shí)間要大得多，Q2的功耗則會(huì )很低。和線(xiàn)性限流器一樣，靈敏電阻設置斷路器的電流限制：ILMAXIMUM≈0.7V/RS (A)。 R1和R2組成一個(gè)分壓器。該分壓器保證輸入電壓永遠不超過(guò)IC1的最大輸入電壓。當Q1為完全打開(kāi)時(shí)，選擇輸入電壓值為5V或更低，C1的電壓大致和電源電壓相等。并且選擇大到可以提供一個(gè)大時(shí)間常數的值，而無(wú)須一個(gè)非常大的C1值。晶體管Q1的選擇并不關(guān)鍵，但應該選擇一個(gè)有良好電流增益的器件，并確保它的最大集電極到發(fā)射極電壓比電源電壓高。在為Q2選擇P通道MOSFET時(shí)，請記住當將它偏置關(guān)閉時(shí)，所選MOSFET必須能承受全部電源電壓。所以，請確保最大漏極到源極電壓比電源電壓高。當為靈敏電阻選擇值時(shí)，請確�；鶚O到發(fā)射極電壓在負載電流的最大正常值時(shí)低于0.5V。 呈現大沖擊電流的負載（如白熾燈、電容負載和電機）會(huì )導致斷路器跳閘�？梢酝ㄟ^(guò)添加電容器CX、二極管DX和電阻RX來(lái)避免這些問(wèn)題。在通電情況下，CX起初未充電，并通過(guò)DX將輸入電壓降為0V。這一行為避免了斷路器跳閘，直到?jīng)_擊電流減弱。CX和RX決定延遲，這之后CX的電壓最終升到電源電壓，DX變?yōu)榉聪蚱�，斷路器可以自由地向瞬間過(guò)流故障做出回應。請準備用CX和RX的值做試驗，以便得到正確的延遲時(shí)間。10mF和1 MΩ分別是良好的起點(diǎn)。 |
