PNP 三極體加 PNP 三極體過電壓保護電路
PNP 三極體加 PNP 三極體所組成的過電壓保護電路,常見於高電壓防護設計中,尤其在電源輸入埠或電池供電裝置中,用於提供自動切斷與限電壓保護功能。這種架構的核心思想是利用三極體的導通與截止特性來檢測與切斷過電壓,屬於一種主動式過電壓保護電路。
PNP 三極體加 PNP 三極體所組成的過電壓保護電路,比較適合小功率直流電路,支持過電壓自動切斷,只要供電電壓一旦超過設定閾值,輸出即被切斷,並具備延遲恢復(若無鎖定)特性,一旦輸入電壓恢復正常,輸出可能再次啟動(視設計而定),可進行主動保護,無需微控制器,其全由類比元件構成,反應迅速,並可以低成本實現,僅需少量三極體與電阻即可組成。
PNP 三極體加 PNP 三極體所組成的過電壓保護電路範例
以上圖為例,核心控制元件是 Q2 和 D2,主開關是 Q1,當電壓輸入在直流 4.5V 到 5.1V 的時候,D2 反向截止,Q2 截止,Q1 的積極電壓為 0,Q1 導通,電路正常工作。當輸入電壓大於5.1V 時,D2 齊納二極體擊穿,Q2 基極電壓鉗位到 5.1V,當輸入電壓大於 5.7V 時,Q2 導通,此時,Q1 的基極電壓等於 VCC,Q1 截止電路切斷輸入。當輸入電壓再回到正常範圍時,電路自動恢復供電。
在設計這種電路時,首先應注意 PNP 三極體的選型,其電壓耐受值需高於最大輸入電壓(建議留20~30% 安全裕度),且電流能力需大於負載最大電流,並盡量選用低飽和壓降 VCE(sat) 的型號,以降低功率消耗,在啟動閾值設計上,可使用分壓電阻結合齊納二極體來設計 Q2 的導通條件,若希望更精確控制,建議使用可調電壓參考源(如TI 的 TL431)。
在熱與功率消耗的考慮方面,Q1 做為主電流通道,會產生功率消耗,因此需考慮散熱與 PCB 銅箔設計,並可於 Q1 串接低值電阻(如 0.1Ω)檢測電流,順便分壓保護基極,且應避免誤觸發,在電源瞬間啟動時可能因瞬間電壓波動誤導通 Q2,因此,可搭配電容延遲設計,以改善穩定性。
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