梁子秀
鄭州鐵路技師學(xué)院,河南鄭州 450015
功率放大電路功率輸出器件的保護(hù)
梁子秀
鄭州鐵路技師學(xué)院,河南鄭州 450015
功率放大電路中,有一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是對(duì)器件進(jìn)行保護(hù)。如果沒(méi)有必要的保護(hù)環(huán)節(jié)就很容易造成其輸出器件的過(guò)熱甚至損壞。本文主要介紹了功率放大器輸出器件的常用保護(hù)措施、電路及其原理分析,實(shí)用性較強(qiáng)。
功率放大電路;過(guò)流保護(hù);過(guò)熱保護(hù)
在功率放大電路中應(yīng)采取必要的保護(hù)措施對(duì)功率輸出器件進(jìn)行保護(hù),以保證其工作的正常進(jìn)行。保護(hù)措施通常有過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)兩種,本文以廣泛使用的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器為例簡(jiǎn)做說(shuō)明。
1)作用:功率放大電路的過(guò)流保護(hù)電路用于防止電路的實(shí)際輸出電流大幅度超出正常工作的額定輸出電流,因電流過(guò)大造成功率輸出器件損壞。
2)電路形式及其原理分析:(1)MOSFET(場(chǎng)效應(yīng)管)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的過(guò)流保護(hù):
電路形式如圖1所示。由三極管T3、T4,電阻Rs1、Rs2以及二極管D1、D2構(gòu)成的過(guò)流保護(hù)電路對(duì)功率輸出管T1、T2進(jìn)行保護(hù)。Rs1、Rs2是兩個(gè)阻值很小的電阻,在正常情況下,T1、T1的源極電流流過(guò)Rs1、Rs2時(shí)在其上產(chǎn)生的電壓降低于0.6V,故過(guò)流保護(hù)三極管T3、T4均截止,不影響電路的正常工作。當(dāng)功率輸出管T1、T2的源極電流出現(xiàn)過(guò)流時(shí),Rs1、Rs2上的電壓降就會(huì)超過(guò)0.6V,于是三極管T3、T4開(kāi)始導(dǎo)通,從而使功率MOSFET管T1、T2的柵-源電壓下降、漏極電流,達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。
圖 1 功放電路的過(guò)流保護(hù)電路
二極管D1、D2的作用是防止正常情況下三極管T3、T4的基出現(xiàn)誤導(dǎo)通。在輸入信號(hào)ui為負(fù)電壓時(shí),T2導(dǎo)通,使輸出電壓uo也為負(fù)電壓。但由于P溝道MOSFET管T3的柵極-源極電壓需要-4V~-2V才會(huì)開(kāi)始導(dǎo)通,形成大電流輸出時(shí),柵極-源極電壓將會(huì)達(dá)到-7V~-4V ,也即B點(diǎn)電位比輸出電壓低4V~-7V,這使得電路中A點(diǎn)的電位也可能低于輸出電壓uo。由于此時(shí)N溝道MOSFET管T1截止,輸出電壓uo就是三極管T3的基極電位。因此,如果沒(méi)有二極管D1,三極管T3的集電結(jié)就會(huì)因承受正向電壓而導(dǎo)通。同理,在輸入信號(hào)ui為正電壓時(shí),二極管D2也可防止三極管T4的集電結(jié)導(dǎo)通。
(2)采用大雙極型功率三極管(GTR)為輸出級(jí)功率放大電路的過(guò)流保護(hù):
電路形式如圖2所示。此過(guò)流保護(hù)電路形式與圖1基本相同,但二極管D1、D2被省去。這是由于GTR管的基極-發(fā)射極導(dǎo)通壓降比較低,當(dāng)輸出信號(hào)uo為負(fù)電時(shí),T1、T2偏置電路保證了三極管T1的基極電位低于uo+0.7V,使T1處于截止?fàn)顟B(tài)。同時(shí),T1的基極電位又高于uo,使過(guò)流保護(hù)三極管T3的集電結(jié)不會(huì)因承受正向電壓而導(dǎo)通。輸入信號(hào)uI為正電壓時(shí),過(guò)流保護(hù)三極管T4的集電結(jié)也不會(huì)因承受正向電壓而導(dǎo)通。
圖2 GTR功 放電路的過(guò)流保護(hù)電路
1)作用:功率放大電路的過(guò)熱保護(hù)電路用于防止功率輸出器件因自身溫度過(guò)高而出現(xiàn)損壞。
2)電路形式:功率放大電路的過(guò)熱保護(hù)通常采用專用的集成開(kāi)關(guān)來(lái)完成。溫度開(kāi)關(guān)內(nèi)集成有熱敏元件,可以感知外界的溫度,當(dāng)外界溫度超過(guò)其溫度設(shè)定值時(shí),即以邏輯信號(hào)形式反映出過(guò)熱信息。
MAX6502就是這樣的溫度開(kāi)關(guān)系列器件,其溫度設(shè)定值為45℃、55℃、65℃、75℃、85℃、95℃、105℃和115℃八種。其引腳及功能為:
(1)Vcc:電源引腳??墒褂?.7V~5.5V的電源電壓;(2)GND:接地引腳。同時(shí),SOT23-5封裝中的熱敏電阻通過(guò)此引腳感知環(huán)境溫度;(3)TOVER:輸出引腳,當(dāng)外界溫度超過(guò)芯片的溫度設(shè)定值時(shí),產(chǎn)生邏輯輸出信號(hào)。其輸出端采用推拉式電路,當(dāng)外界溫度低于芯片的溫度設(shè)定值時(shí),此引腳輸出低電平,當(dāng)外界溫度超過(guò)芯片的溫度設(shè)定值時(shí),此引腳輸出高電平;(4)HYST:溫度滯環(huán)輸入引腳。當(dāng)此引腳接地時(shí),溫度滯環(huán)為2℃,而此引腳接Vcc 時(shí),溫度滯環(huán)為10℃。如使用溫度設(shè)定值為95℃的MAX6502芯片,若將HYST引腳接地,則當(dāng)外界溫度高于95℃時(shí),TOVER引腳輸出高電平,并一直維持,至外界溫度低于93℃后,TOVER引腳輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?。而將HYST引腳接Vcc時(shí),則當(dāng)外界溫度高于95℃時(shí),TOVER引腳輸出高電平,并一直維持,至外界溫度低于85℃后,TOVER引腳輸出才轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖健?/p>
利用MAX6502的TOVER引腳輸出,可以控制電路在過(guò)熱時(shí)停止工作,也可以控制電路在過(guò)熱時(shí)啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行降溫。以MAX6502控制風(fēng)扇啟停的電路如圖3所示。當(dāng)外界溫度超過(guò)MAX6502的溫度設(shè)定值時(shí),TOVER引腳輸出高電平,使晶體管T1導(dǎo)通,風(fēng)扇加電工作。至外界溫度降于溫度設(shè)定值10℃后,TOVER引腳輸出低電平,使晶體管T1截止,風(fēng)扇停止工作。
圖3 MAX6502控制風(fēng)扇啟停電路
[1]林欣編著.功率電子技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社.
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1674-6708(2011)37-0058-02