使用集成MOSFET限制電流的簡(jiǎn)單方法

作者：Frederik Dostal，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師

電子電路中的電流通常必須受到限制。例如，在USB端口中，必須防止電流過(guò)大，以便為電路提供可靠的保護(hù)。同樣，在充電寶中，必須防止電池放電。放電電流過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電池的壓降太大和下游設(shè)備的供電電壓不足。

因此，通常需要將電流限制在一個(gè)特定值。大多數(shù)功率轉(zhuǎn)換器都有過(guò)流限制器，以保護(hù)其免受額外電流造成的損壞。在一些DC-DC轉(zhuǎn)換器中，甚至可以調(diào)整閾值。

圖1.每個(gè)端口輸出電流為1 A的充電寶中的電流限制。

在圖1中，還可以使用具有內(nèi)置甚至可調(diào)節(jié)限流器的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器。在這種情況下，無(wú)需額外的限流器模塊。不過(guò)，也有許多應(yīng)用在電源通路中不使用DC-DC轉(zhuǎn)換器。例如，當(dāng)系統(tǒng)中的電壓為24 V時(shí)，該線路中的電流應(yīng)受到限制，但負(fù)載必須恰好在24 V電壓下運(yùn)行。在這種情況下，可以使用額外的限流器模塊，如圖1中藍(lán)色所示。

限流器電路提供了針對(duì)這一問(wèn)題的解決方案。它來(lái)自保護(hù)模塊系列，包括熱插拔控制器、浪涌保護(hù)器、電子電路保護(hù)器和理想二極管。

市場(chǎng)上的大多數(shù)IC都使用外部MOSFET作為打開和關(guān)閉電流的開關(guān)，同時(shí)也用于限制電流，在這種情況下，開關(guān)的工作方式類似于線性穩(wěn)壓器。然而，這種開關(guān)必須確保MOSFET始終在其安全工作區(qū)(SOA)內(nèi)運(yùn)行。否則，半導(dǎo)體和電路將會(huì)受損。遺憾的是，選擇一個(gè)合適的MOSFET并以一種永遠(yuǎn)不會(huì)越過(guò)SOA的方式運(yùn)行有時(shí)并非易事。工作溫度、電壓、電流，特別是時(shí)間，均會(huì)對(duì)其造成影響。為確保安全運(yùn)行，必須仔細(xì)考慮這些因素，做出正確選擇。圖2顯示了典型N溝道MOSFET的SOA圖。允許MOSFET在所示線路下方運(yùn)行。

圖2.MOSFET的典型SOA。

圖3顯示了一個(gè)專用限流器IC——ADI公司的MAX17523。它有兩個(gè)MOSFET，可以將電流限制在150 mA和1 A之間的某個(gè)值。如果電流達(dá)到限值，則切斷電流并等待一段時(shí)間后恢復(fù)，或者電流持續(xù)中斷，直到下一次導(dǎo)通，又或者通過(guò)降低電壓來(lái)限制電流。然后，內(nèi)部MOSFET在歐姆區(qū)中工作。這是一種線性穩(wěn)壓器功能。在這些可調(diào)節(jié)的限制模式中，內(nèi)部MOSFET始終位于SOA內(nèi)，不會(huì)受損。無(wú)需進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算或評(píng)估。

圖3.專用限流器IC的簡(jiǎn)化電路圖。

如果使用合適的高度集成IC，則限制電路中的電流不是問(wèn)題。也可以將這類電路與沒(méi)有可調(diào)節(jié)限流器的DC-DC變換器相結(jié)合。

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Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2022財(cái)年收入超過(guò)120億美元，全球員工2.4萬(wàn)余人。攜手全球12.5萬(wàn)家客戶，ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www.analog.com/cn。

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Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。