LM393 加繼電器過電壓保護電路
LM393 加繼電器構成的過電壓保護電路,是一種比較器結合機械開關控制的主動式過電壓防護架構。它透過比較器(LM393)監測輸入電壓是否超過設定閾值,若過電壓則驅動繼電器切斷電源或切換電路,以達到保護目的。這種方法常應用於電源輸入埠、電池管理、充電系統等。
這種過電壓保護電路適用於大功率的直流電路,支持自動監控與切斷,LM393 可即時比較輸入電壓,超過電壓即切斷,因此反應速度快,類比比較器反應速度通常在 µs 級,且輸出靈活,可控制繼電器吸合、斷電、切換路徑,可設計滯後(Hysteresis),以避免在閾值附近反覆觸發,並可與 MCU 獨立運作,不需微控制器也可獨立進行保護。
LM393 加繼電器構成的過電壓保護電路範例
以上圖的電路為例,當輸入電壓為直流 12V 時,電路正常工作,當輸入電壓大於 14V 時,直接控制繼電器斷開電路,此時需要手動復位或者是重新啟動電路,才能恢復正常。這個電路的核心是 LM393 電壓比較器,此處使用了 2.5V 電壓基準,當輸入電壓小於 14V 時,LM393 的 1IN+ 小於 TL431 的 2.5V 基準,LM393 的 1OUT 輸出低電平,閘流電晶體 Q3 不導通,繼電器不動作,主電路正常接通,LED3 正常發光。
當輸入電壓大於 14V後,LM393 的 1IN+ 的電壓值大於 2.5V 基準電壓,此時 LM393 的 1OUT 輸出被上拉到高電平,閘流電晶體 Q3 導通,繼電器動作,主電路斷開,LED3 熄滅,LED4 發光,代表電路出現了過電壓故障。由於 Q3 的維持電流大於關斷電流,繼電器會持續保持打開的狀態,此時就算電路的電壓恢復正常,電路也不會自動恢復,此時需要按下復位開關,才能復位。
在設計這種電路時需先注意基準電壓準確性,可用齊納二極體(如 5.1V)或精密電壓參考源(如 TL431)做為比較基準,基準電壓需穩定,不受輸入電壓波動影響。在分壓電阻選擇上,需根據輸入電壓與 LM393 比較接腳範圍設計(0–Vcc),且電阻值不能太高,避免輸入阻抗過大導致比較器反應延遲。
在繼電器選型方面,耐壓與電流能力須符合負載,驅動電流必須由 LM393 的外部驅動器(如 NPN 三極體)提供。在電路滯後設計方面,若沒有滯後,輸入電壓在閾值附近波動會造成繼電器快速反覆動作,因此可於正回饋電阻網路加入設計(回授一部分輸出電壓至比較器)。另外還應防止誤觸發,比較器輸入端可接入小電容做去耦,並加入 RC 延遲以抑制瞬間電壓脈衝所造成的誤判。此外,在繼電器與負載分離方面,若控制高電壓或大電流,建議用光耦與 MOSFET 驅動繼電器,避免干擾進入邏輯電路。
LM393 結合繼電器過電壓保護架構具有電路簡單、成本低廉,可精確設定閾值,適合 12V、24V 等中低電壓保護,並易於模擬滯後、延遲與多閾值設計的優點。
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