盤點幾款工控自動化常用的保護電路，收藏以后能用得上資料下載

鑒于電源電路存在一些不穩(wěn)定因素，而設(shè)計用來防止此類不穩(wěn)定因素影響電路效果的回路稱作保護電路。在各類電子產(chǎn)品中，保護電路比比皆是，例如：過流保護、過壓保護、過熱保護、空載保護、短路保護等等，本文就整理了一些常見的保護電路。 電機過熱保護電路 生產(chǎn)中所用的自動車床、電熱烘箱、球磨機等連續(xù)運轉(zhuǎn)的機電設(shè)備，以及其它無人值守的設(shè)備， 因為電機過熱或溫控器失靈造成的事故時有發(fā)生，需要采取相應(yīng)的保安措施。PTC熱敏電阻過熱保護電路能夠方便、有效地預(yù)防上述事故的發(fā)生 。 下圖是以電機過熱保護為例，由PTC熱敏電阻和施密特電路構(gòu)成的控制電路。圖中，RT1、RT2、RT3為三只特性一致的階躍型PTC熱敏電阻器，它們分別埋設(shè)在電機定子的繞組里。 正常情況下，PTC熱敏電阻器處于常溫狀態(tài)，它們的總電阻值小于1KΩ。此時，V1截止，V2導(dǎo)通，繼電器K得電吸合常開觸點，電機由市電供電運轉(zhuǎn)。 當電機因故障局部過熱時，只要有一只PTC熱敏電阻受熱超過預(yù)設(shè)溫度時，其阻值就會超過10KΩ以上。 于是V1導(dǎo)通、V2截止，VD2顯示紅色報警，K失電釋放，電機停止運轉(zhuǎn)，達到保護目的。 PTC熱敏電阻的選型取決于電機的絕緣等級。通常按比電機絕緣等級相對應(yīng)的極限溫度低40℃左右的范圍選擇PTC熱敏電阻的居里溫度。例如，對于B1級絕緣的電機，其極限溫度為130℃，應(yīng)當選居里溫度90℃的PTC熱敏電阻。 逆變電源中的保護電路 逆變器經(jīng)常需要進行電流轉(zhuǎn)換,如果電路中的電流超出限定范圍，將對電路和關(guān)鍵器件造成很大傷害，因此保護電路在逆變電源中就顯得尤為重要。 防反接保護電路 如果逆變器沒有防反接電路，在輸入電池接反的情況下往往會造成災(zāi)難性的后果，輕則燒毀保險絲，重則燒毀大部分電路。在逆變器中防反接保護電路主要有三種：反并肖特基二極管組成的防反接保護電路，如下圖所示。 由圖可以看出，當電池接反時，肖特基二極管D導(dǎo)通，F(xiàn)被燒毀。如果后面是推挽結(jié)構(gòu)的主變換電路，兩推挽開關(guān)MOS管的寄生二極管的也相當于和D并聯(lián)，但壓降比肖特基大得多，耐瞬間電流的沖擊能力也低于肖特基二極管D，這樣就避免了大電流通過MOS管的寄生二極管，從而保護了兩推挽開關(guān)MOS管。 這種防反接保護電路結(jié)構(gòu)簡單，不會影響效率，但保護后會燒毀保險絲F，需要重新更換才能恢復(fù)正常工作。 采用繼電器的防反接保護電路，基本電路如下： 由圖中可以看出，如果電池接反，D反偏，繼電器K的線圈沒有電流通過，觸點不能吸合，逆變器供電被切斷。這種防反接保護電路效果比較好，不會燒毀保險絲F，但體積比較大，繼電器的觸點的壽命有限。 采用MOS管的防反接保護電路，基本電路如下所示： 圖中D為防反接MOS的寄生二極管，便于分析原理畫出來了。當電池極性未接反時，D正偏導(dǎo)通，Q的GS極由電池正極經(jīng)過F、R1、D回到電池負極得到正偏而導(dǎo)通。Q導(dǎo)通后的壓降比D的壓降小得多，所以Q導(dǎo)通后會使D得不到足夠的正向電壓而截止。 當電池極性接反時，D會由于反偏而截止，Q也會由于GS反偏而截止，逆變器不能啟動。這種防反接保護電路由于沒有采用機械觸點開關(guān)而具有比較長的使用壽命，也不會像反并肖特基二極管組成的防反接保護電路那樣燒毀保險絲F.因而得到廣泛應(yīng)用，缺點是MOS導(dǎo)通時具有一定的損耗。足夠暢通無阻地通過比較大的電流還保持比較低的損耗。 電池欠壓保護 為了防止電池過度放電而損壞電池，我們需要讓電池在電壓放電到一定電壓的時候逆變器停止工作，需要指出的一點是，電池欠壓保護太靈敏的話會在啟動沖擊性負載時保護。這樣逆變器就難以起動這類負載了，尤其在電池電量不是很充足的情況下。請看下面的電池欠壓保護電路。 可以看出這個電路由于加入了D1、C1能夠使電池取樣電壓快速建立，延時保護。 鋰電池充電保護電路 鋰電池過充，過放電都會影響電池的壽命。在設(shè)計時，要注意鋰電池的充電電壓，充電電流。然后選取合適的充電芯片。注意要防止鋰電池的過充，過放，短路保護等問題。同時，設(shè)計完成后要經(jīng)過大量的測試。 鋰電池充電電路的設(shè)計 這里選擇了芯片TP4056為例子。根據(jù)所接電阻不同可以控制充電最大電流。可以設(shè)計充電指示燈，可以設(shè)計充電溫度即多少到多少度之間進行充電。 充電保護電路 選擇芯片DW01 和GTT8205的組合，可以做到短路保護，過充過放電的保護 開關(guān)電源中的過流保護電路 開關(guān)電源中常用的過流保護方式 過電流保護有多種形式，如圖1所示，可分為額定電流下垂型，即フ字型；恒流型；恒功率型，多數(shù)為電流下垂型。過電流的設(shè)定值通常為額定電流的110％～130％。一般為自動恢復(fù)型。 圖1中①表示電流下垂型，②表示恒流型，③表示恒功率型。 圖1 過電流保護特性 用于變壓器初級直接驅(qū)動電路中的限流電路 在變壓器初級直接驅(qū)動的電路（如單端正激式變換器或反激式變換器）的設(shè)計中，實現(xiàn)限流是比較容易的。圖2是在這樣的電路中實現(xiàn)限流的兩種方法。 圖2電路可用于單端正激式變換器和反激式變換器。圖2（a）與圖2（b）中在MOSFET的源極均串入一個限流電阻Rsc，在圖2（a）中， Rsc提供一個電壓降驅(qū)動晶體管S2導(dǎo)通，在圖2（b）中跨接在Rsc上的限流電壓比較器，當產(chǎn)生過流時，可以把驅(qū)動電流脈沖短路，起到保護作用。 圖2（a）與圖2（b）相比，圖2（b）保護電路反應(yīng)速度更快及準確。首先，它把比較放大器的限流驅(qū)動的門檻電壓預(yù)置在一個比晶體管的門檻電壓Vbe更 精確的范圍內(nèi)；第二，它把所預(yù)置的門檻電壓取得足夠小，其典型值只有100mV～200mV，因此，可以把限流取樣電阻Rsc的值取得較小，這樣就減小了 功耗，提高了電源的效率。 圖2 在單端正激式或反激式變換器電路中的限流電路 當AC輸入電壓在90～264V范圍內(nèi)變化，且輸出同等功率時，則變壓器初級的尖峰電流相差很大，導(dǎo)致高、低端過流保護點嚴重漂移，不利于過流點的一致 性。在電路中增加一個取自＋VH的上拉電阻R1，其目的是使S2的基極或限流比較器的同相端有一個預(yù)值，以達到高低端的過流保護點盡量一致。 用于基極驅(qū)動電路的限流電路 在一般情況下，都是利用基極驅(qū)動電路把電源的控制電路和開關(guān)晶體管隔離開來。變換器的輸出部分和控制電路共地。限流電路可以直接和輸出電路相接，其電路如圖3所示。在圖3中，控制電路與輸出電路共地。工作原理如下： 圖3 用于多種電源變換器中的限流電路 電路正常工作時，負載電流IL流過電阻Rsc產(chǎn)生的壓降不足以使S1導(dǎo)通，由于S1在截止時IC1=0， 電容器C1處于未充電狀態(tài)，因此晶體管S2也截止。如果負載側(cè)電流增加，使IL達到一個設(shè)定的值，使得ILRsc=Vbe1＋Ib1R1，則S1導(dǎo)通，使 電容器C1充電，其充電時間常數(shù)τ= R2C1，C1上充滿電荷后的電壓是VC1=Ib2R4＋Vbe2。在電路檢測到有過流發(fā)生時，為使電容器C1能夠快速放電，應(yīng)當選擇R4。 無功率損耗的限流電路 上述兩種過流保護比較有效，但是Rsc的存在降低了電源的效率，尤其是在大電流輸出的情況下，Rsc上的功耗就會明顯增加。圖4電路利用電流互感器作為檢測元件，就為電源效率的提高創(chuàng)造了一定的條件。 圖4電路工作原理如下：利用電流互感器T2監(jiān)視負載電流IL，IL在通過互感器初級時，把電流的變化耦合到次級，在電阻R1上產(chǎn)生壓降。二極管D3對脈 沖電流進行整流，經(jīng)整流后由電阻R2和電容C1進行平滑濾波。當發(fā)生過載現(xiàn)象時，電容器C1兩端電壓迅速增加，使齊納管D4導(dǎo)通，驅(qū)動晶體管 S1導(dǎo)通，S1集電極的信號可以用來作為電源變換器調(diào)節(jié)電路的驅(qū)動信號。 圖4無功耗限流電路 電流互感器可以用鐵氧體磁芯或MPP環(huán)型磁芯來繞制，但要經(jīng)過反復(fù)實驗，以確保磁芯不飽和。理想的電流互感器應(yīng)該達到匝數(shù)比是電流比。通?；ジ衅鞯腘p=1，Ns=NpIpR1/（Vs＋VD3）。具體繞制數(shù)據(jù)最后還要經(jīng)過實驗調(diào)整，使其性能達到最佳狀態(tài)。 用555做限流電路 圖5為555集成時基電路的基本框圖。 圖5 555集成時基電路的基本框圖