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電子保險絲電路設計

發布時間:2019-09-26   |  所屬分類:應用電子:論文發表  |  瀏覽:  |  加入收藏

  保險絲在電路中起到過流保護作用。在實際的應用中,有些電路對保險絲的過流精度要求高,反應時間要求快。本文詳細介紹了一種電子保險絲的電路,并對電路的組成進行了闡述。測試結果表明這個電路具有過流精度高,反應速度快,工作電壓范圍寬,實用性強的特點。

電子保險絲電路設計

  關鍵詞:保險絲;電路設計

  保險絲在很多的電路設計中用于電路的過流保護。當過電流時,保險絲內部溫度升高,當溫度升高到保險絲的熔點以上時保險絲就發生了熔斷。通常情況下過流的電流值不是很準確,熔斷保護的時間長。本文利用電流檢測和負載控制,設計了一種電子保險絲電路。

  一、電路介紹

  目前通常的保險絲電路主要設計主要使用熔斷保險絲,針對熔斷保險絲的響應時間慢和熔斷電流不精確的提出了新的解決方法。本文電路功能框圖如圖1所示,主要由主電路和控制電路組成;其中主電路:輸入電源依次與電流檢測電阻、保護電路和N-MOSFET開關電路連接,最后連接負載。其中控制電路:電流檢測電路檢測到電流過大控制N-MOSFET開關電路斷開,電壓控制電路檢測到輸入電壓電壓過低控制N-MOSFET開關電路斷開,電源電路給電流檢測電路和電壓檢測電路供電。

  二、電路設計

  (一)主電路

  主電圖如圖2所示,TVS二極管D1起到浪涌保護作用;續流二極管D2,D3防IF感性的負載導致Q1的漏極電壓過高或者過低,起到保護Q1的作用;N-MOSFETQ1用于切斷和連接負載的負極;電流檢測電阻RSENSE用于電流檢測功能;

  (二)電流檢測電路

  電流檢測電路如圖3所示,電流檢測電阻RSENSE兩端的差分電壓信號經過電阻R1,R3和電容C3濾波后分別連接到電路檢測芯片U1的1腳和2腳,用電阻R4調整電流閥值,電流檢測芯片U1的5腳經過電阻R5,R6和三極管Q2,Q3電平轉換后連接到N-MOSFETQ1的柵極;電流檢測芯片U1的型號是德州儀器的工NA300-Q1。

  (三)電壓控制電路

  電壓控制電路如圖4所示,控制電路中的電壓檢測電路,電源連經過R12,R14和C9分壓濾波后連接到U4的參考引腳,U4的CATHODE弓}腳通過R11,R15控制Q5處于導通狀態或者截IF狀態,Q5的集電極連接到R7和R8,R7連接到N-MOSFETQ1的柵極;該電路中U4的型號是德州儀器的TL431;電壓控制電路有兩個作用,其中一個作用是確保電源電壓超過一定閥值時,才給負載供電;另一個作用是當負載瞬問短路時,短路的電流大于電源的最大供電電流,因為電源限流電源的供電電壓瞬問降低,電壓控制電路及時起作用,使N-MOSFET關掉,斷開負載;

  (四)電源電路

  電源電路主要由肖特基二極管D4,DC/DC降壓電路和LDO降壓電路組成。電源經過肖特基二極管D4,經過輸入濾波電容C4和C5,連接到DC/DC降壓芯片,再經過續流二極管、功率電感L1和輸出濾波電容C6,產生lOV的電壓VCC_10V;lOV電壓經過輸入濾波電容C7,LDO降壓芯片和輸出濾波電容C8,產生5V的電壓VCC_5V;肖特基二極管D4用于輸入電源電壓瞬問變低時,電容C4的電壓不會突變,保持系統正常運行;DC/DC降壓芯片型號是XLSEMI公司的XL7005A;LDO降壓芯片是EXAR公司的SPX1117M3-L-5-O。

  (五)設計電路需要考量的指標

  1.過流反應時間INA300-Q1通過配置Delay引腳,響應時間分別為10us,50us和100us。該電路設計中Delay配置為10us模式。當發生過流時,該電路在11微秒內切斷負載。2.負載短路快速保護當負載瞬間短路時,輸入電壓會被拉低,當電壓拉低到設定的電壓時,該電路在5微秒內切斷負載。通過調整R12和R14的阻值可以設定低電壓閥值。3.供電方式該電路可以和負載共用電源,不需要額外的電源;當負載瞬間短路時,即使輸入電源電壓瞬間降低到0V時,電路中的肖特基二極管D4起到防止倒流作用,電容保證該電路能夠正常工作及時切斷負載,輸入電源電壓恢復;4.電路布局擺放注意事項R1和R3串聯的線走差分線,線SENSE+和線SENS-之間連接到RSENSE的兩端;C4,C5,C6和D5的地先連在一起,并且盡量短,然后再和其他地連接起來。

  三、結語

  本文中的電子保險絲電路設計在大功率直流供電系統中進行了大量的運用。針對熔斷保險絲的響應時間慢和熔斷電流不精確的缺點,提出了一種電子保險絲電路設計。通過電路的設計與實際測試,這種電路設計得到了充分的驗證。針對不同的供電電壓,選擇相應耐壓的二極管D1,D2,D3和N-MOS管Q1。針對不同的負載電流選擇相應導通內阻的Q1和RSENSE。

  作者:李志剛


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