过压保护、防反接、缓启动电源保护电路的原理

描述

欠压保护

过压保护、防反接、缓启动电源保护电路原理说明:

1、过压保护

正常输入无过压:稳压二极管D3截止,使得VCC_BAT通过R4/R6到达Q2PNP管的基极,而Q2的射极也是VCC_BAT,因此Q2的Vbe=0,Q2截止。

因此Q1PMOS的栅极通过R7/R8接地,源极为VCC_BAT,故Q1的Vgs<0,Q1导通,VCC_BAT与VCC_24V导通,正常输出24V电压给后级电路。

过压情况>26V一般会到28-30V,稳压管D3反向击穿,将Q2PNP管的栅极电位钳制在其稳压值28V而Q2PNP的射极电压接的是过压的VCC,

因此Q2PNP的Vbe<-0.7,PNP导通,之后过压的VCC通过导通的Q2和R7到Q2PMOS的栅极,由于管压降很小,可以近似认为Q2PMOS的Vgs=0,PMOS关断,无输出电压到后级电路,实现过压关断保护。

问题:关断时间有延迟。主要原因是PNP导通后集电极处电位需要快速升高到电源电压才能使得PMOS关断,而由于电容C4的存在,电位上升速度受限,τ = Rg * C。

可能的改进方案:外加一个控制电路来直接控制PMOS的栅极G,直接挂在稳压管1脚处就可以了。

2、防反接/欠压保护

当没有电源输入/电源输入小于Q3NMOS的Vgs阈值电压、电源反接的时候NMOS关断地网络断开,无输出到后级回路实现保护;

正常输入状态可以通过D4稳压管将Vgs 钳位到 10V,保证Q2NMOS开通,地网络接通正常输出。

3、缓启动

C4作用:

一阶段:接通瞬间 Q2PNP导通,Q1PMOS的栅极通过Q2和R7迅速到达VCC_BAT,使得Q1的PMOS的Cgs充电完毕之前达到Vgs = 0;

二阶段:此时由于VCC_BAT通过R4和R6到达PNP基极,让PNP关断,同时电容C4两端电压不可突变,故VCC_BAT通过R4/R6/R8回路给电容C4充电,期间电容等效为一个阻值不断增大的内阻,

此电阻与R8串联分压,此电阻上的分压不断增加,因此PMOS管的栅级电位因此分压逐渐降低直到Vgs < Vgs阈值,PMOS开启,从而实现缓启动。

各电源输入端口/各级电源拓扑的瞬态保护

一般使用保险丝+TVS瞬态二极管吸收电压过冲以及瞬时大电流保护

各个电源端口可以加一个肖特基二极管防止电流/电压倒灌。

 

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