【導讀】通常短路保護都是使用保險絲,只要電流一大,保險絲就自動熔斷。用保險絲的方法雖然簡單,但需要增加成本,另外保險絲熔斷需要一段時間,電流過大時就有可能出現(xiàn)保險絲還沒熔斷,器件已經(jīng)被燒毀的情況。那么有什么別的方法來防止電路短路呢?起到短路保護的作用呢?本文將為大家講解。
前段時間開發(fā)了一個產(chǎn)品,由單片機控制對負載供電,滿負載時基準電流為800毫安,程序提供不同的供電模式,具體是由單片機輸出一個PWM信號控制MOS管,從而按要求調(diào)整工作電流。我們知道MOS管導通時內(nèi)阻非常小,我們所用的型號約為0.1歐姆的樣子,這樣正常工作時上面最大壓降非常小,只有800毫安*0.1歐姆=0.08伏,上面的功率損耗為0.064瓦,對于電源控制來說是一種效果不錯的器件。
雖然MOS管導通內(nèi)阻非常小,但所流過的電流也有最大限制,如果電流過大,比如外接負載短路,同樣會被燒毀。短路都是非正常工作狀態(tài),本來一開始我們并沒有對產(chǎn)品進行短路保護考慮,在調(diào)試中一次意外讓我們把開始考慮增加短路保護。當時裝好一塊新板,控制信號測試都已經(jīng)正常,想看看接上負載的情況,當時圖方便直接將負載的兩條線用手按接在板上,結(jié)果一動導致這兩點短路,“啪”的一聲脆響,一團火花后是青煙裊裊,MOS管燒了。
通常短路保護都是使用保險絲,只要電流一大,保險絲就自動熔斷。用保險絲的方法雖然簡單,但需要增加成本,另外保險絲熔斷需要一段時間,電流過大時就有可能出現(xiàn)保險絲還沒熔斷,器件已經(jīng)被燒毀的情況。讓我們先來看一下器件燒毀的原因,可以肯定是流過器件的電流過大,內(nèi)部所發(fā)的熱量無法及時傳遞出去,從而導致溫度急劇升高,最后被燒毀。
注意這里我說的是電流過大,并不是說電壓過高,這么說是想強調(diào)有時候雖然電壓很高,但這個電壓并不能產(chǎn)生持續(xù)的大電流,比如人身上的靜電很容易就高達幾千伏,這么高的電壓并不能燒毀任何器件。究其原因就是人身上的靜電雖然高,但可以通過接地的導體迅速釋放掉,不能形成持續(xù)的大電流,放電過程釋放的能量并不大,這個能量不足以燒毀器件。到這里我想大家應該明白了,器件的燒毀唯一的條件就是足夠的能量釋放在它上面,器件不能通過熱傳遞將這些能量轉(zhuǎn)移出去,溫度急劇升高而燒毀。
既然可以用能量的觀點來解釋燒毀,那如果短路的時間非常短,雖然流過的電流很大,但時間更短,是不是就不會燒毀器件了呢?理論上分析這種想法是對的,只要我們能夠檢測出短路,而且一短路就能切斷電源,器件就應該不會被燒毀。
因為產(chǎn)品所用的單片機有多余的ADC口,于是我們用多余的ADC口來檢測電流,做法是在負載與地之間串聯(lián)一個0.22歐姆的小電阻,用ADC檢測這個電阻對地的電壓。正常工作的滿負載電流為800毫安,在這個電阻上的壓降為800毫安*0.22歐姆=0.176伏,如果ADC口檢測到的電壓達到這個值的三倍,我們就認為短路發(fā)生,立即將MOS管的輸出關(guān)斷,每10毫秒檢測一次該電壓,發(fā)現(xiàn)電壓超標就關(guān)斷MOS管100毫秒。測試結(jié)果證明前面的假設(shè)正確,加上這樣的處理后輸出無論怎樣短路,都不會燒毀MOS管,而且一旦短路消除可以迅速恢復輸出。
說明:需要另外加一個電阻進行電流檢測是我們用NMOS來控制電源輸出,NMOS的導通內(nèi)阻比PMOS要小,通常是接在負載的正端,如果直接利用NMOS管的內(nèi)阻來檢測電流會比較麻煩,用另外一個小電阻串接在負載的負端到地會更簡便,只是效率會略有下降。
注釋:靜電損壞器件是擊穿,和燒毀是兩個概念,不要混淆在一起。
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