过流保护电路是指当后级负载电流过大或者发生短路时,自动切断电源与后级负载,从而防止大电流损害电源电路,过流保护又叫OCP。
常见的过流保护电路有保险丝过流保护,集成的过流保护芯片,还有这种分立器件搭建的过流保护电路。
这个分立器件搭建的过流保护电路主要包含一个三极管,一个MOS管和一个电流采样电阻。电流从电源正极流出,经过负载,然后经过MOS管,最后经过采样电阻流入电源负极。
当后级负载电流比较小时,MOS管正常打开,由于电流比较小,采样电阻上的压降也比较小,小于三极管的开启电压,这时NPN三极管是截止状态,MOS管的栅极是高电平,(MOS管正常打开)。
这时MOS管DS间的压降我们记作Vds,采样电阻上的压降计为Vr,则电容右端的电压为Vr+Vds,电容左端的电压就为Vr,假设后级负载为纯阻性负载。
当后级负载电流增大时,流过采样电阻的电流增大,采样电阻上的压降也会增大,当采样电阻的压降大于等于三极管BE间的开启电压时,三极管会饱和导通,这时MOS管的栅极电压接近0V。MOS管关闭。
由于电容两端电压不能突变,MOS管关闭后电容C1右边电压为VCC,则电容左边电压变成了VCC-Vds,这个VDS是MOS管导通时漏源间的电压差。这时电容C通过三极管基极的电阻放电,以维持三极管饱和导通所需要的电流。
当电容左端的电压放电到小于三极管的开启电压时,三极管截止,这时MOS管的栅极电压又变成了高电平,MOS管又导通(,MOS管导通的瞬间,流过采样电阻的电流还是比较小的,采样电阻的压降接近0,(也就是电容A端电压接近0V))。
当MOS完全导通后,由于负载电流还是比较大,采样电阻上的压降又会大于三极管的开启电压,并且通过二极管给电容充电,这时电容充电非常快。当采样电阻上的电压大于三极管的开启电压时,三极管又会饱和导通,然后MOS管又会关闭。
由于三极管基极电阻的存在,可以使电容的充电时间远小于放电时间,所以在过流保护时,MOS管并不是一直关闭的,而是一直在关闭与开启之间切换。
电路设计时我们希望,过流保护时,MOS管开启时间尽可能小于关断时间,这时我们可以适当增大三极管基极电阻和电容C1
这个过流保护电路过流点电流I≈0.7/R1,但是一般三极管BE间电压达到0.6V左右基本就开始导通了。