【導(dǎo)讀】通常短路保護(hù)都是使用保險(xiǎn)絲，只要電流一大，保險(xiǎn)絲就自動(dòng)熔斷。用保險(xiǎn)絲的方法雖然簡(jiǎn)單，但需要增加成本，另外保險(xiǎn)絲熔斷需要一段時(shí)間，電流過(guò)大時(shí)就有可能出現(xiàn)保險(xiǎn)絲還沒(méi)熔斷，器件已經(jīng)被燒毀的情況。那么有什么別的方法來(lái)防止電路短路呢？起到短路保護(hù)的作用呢？本文將為大家講解。
前段時(shí)間開(kāi)發(fā)了一個(gè)產(chǎn)品，由單片機(jī)控制對(duì)負(fù)載供電，滿負(fù)載時(shí)基準(zhǔn)電流為800毫安，程序提供不同的供電模式，具體是由單片機(jī)輸出一個(gè)PWM信號(hào)控制MOS管，從而按要求調(diào)整工作電流。我們知道MOS管導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻非常小，我們所用的型號(hào)約為0.1歐姆的樣子，這樣正常工作時(shí)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(duì)于電源控制來(lái)說(shuō)是一種效果不錯(cuò)的器件。
雖然MOS管導(dǎo)通內(nèi)阻非常小，但所流過(guò)的電流也有最大限制，如果電流過(guò)大，比如外接負(fù)載短路，同樣會(huì)被燒毀。短路都是非正常工作狀態(tài)，本來(lái)一開(kāi)始我們并沒(méi)有對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行短路保護(hù)考慮，在調(diào)試中一次意外讓我們把開(kāi)始考慮增加短路保護(hù)。當(dāng)時(shí)裝好一塊新板，控制信號(hào)測(cè)試都已經(jīng)正常，想看看接上負(fù)載的情況，當(dāng)時(shí)圖方便直接將負(fù)載的兩條線用手按接在板上，結(jié)果一動(dòng)導(dǎo)致這兩點(diǎn)短路，“啪”的一聲脆響，一團(tuán)火花后是青煙裊裊，MOS管燒了。
通常短路保護(hù)都是使用保險(xiǎn)絲，只要電流一大，保險(xiǎn)絲就自動(dòng)熔斷。用保險(xiǎn)絲的方法雖然簡(jiǎn)單，但需要增加成本，另外保險(xiǎn)絲熔斷需要一段時(shí)間，電流過(guò)大時(shí)就有可能出現(xiàn)保險(xiǎn)絲還沒(méi)熔斷，器件已經(jīng)被燒毀的情況。讓我們先來(lái)看一下器件燒毀的原因，可以肯定是流過(guò)器件的電流過(guò)大，內(nèi)部所發(fā)的熱量無(wú)法及時(shí)傳遞出去，從而導(dǎo)致溫度急劇升高，最后被燒毀。
注意這里我說(shuō)的是電流過(guò)大，并不是說(shuō)電壓過(guò)高，這么說(shuō)是想強(qiáng)調(diào)有時(shí)候雖然電壓很高，但這個(gè)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(dá)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(guò)接地的導(dǎo)體迅速釋放掉，不能形成持續(xù)的大電流，放電過(guò)程釋放的能量并不大，這個(gè)能量不足以燒毀器件。到這里我想大家應(yīng)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(guò)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(diǎn)來(lái)解釋燒毀，那如果短路的時(shí)間非常短，雖然流過(guò)的電流很大，但時(shí)間更短，是不是就不會(huì)燒毀器件了呢？理論上分析這種想法是對(duì)的，只要我們能夠檢測(cè)出短路，而且一短路就能切斷電源，器件就應(yīng)該不會(huì)被燒毀。
因?yàn)楫a(chǎn)品所用的單片機(jī)有多余的ADC口，于是我們用多余的ADC口來(lái)檢測(cè)電流，做法是在負(fù)載與地之間串聯(lián)一個(gè)0.22歐姆的小電阻，用ADC檢測(cè)這個(gè)電阻對(duì)地的電壓。正常工作的滿負(fù)載電流為800毫安，在這個(gè)電阻上的壓降為800毫安*0.22歐姆=0.176伏，如果ADC口檢測(cè)到的電壓達(dá)到這個(gè)值的三倍，我們就認(rèn)為短路發(fā)生，立即將MOS管的輸出關(guān)斷，每10毫秒檢測(cè)一次該電壓，發(fā)現(xiàn)電壓超標(biāo)就關(guān)斷MOS管100毫秒。測(cè)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(wú)論怎樣短路，都不會(huì)燒毀MOS管，而且一旦短路消除可以迅速恢復(fù)輸出。
說(shuō)明：需要另外加一個(gè)電阻進(jìn)行電流檢測(cè)是我們用NMOS來(lái)控制電源輸出，NMOS的導(dǎo)通內(nèi)阻比PMOS要小，通常是接在負(fù)載的正端，如果直接利用NMOS管的內(nèi)阻來(lái)檢測(cè)電流會(huì)比較麻煩，用另外一個(gè)小電阻串接在負(fù)載的負(fù)端到地會(huì)更簡(jiǎn)便，只是效率會(huì)略有下降。
注釋?zhuān)红o電損壞器件是擊穿，和燒毀是兩個(gè)概念，不要混淆在一起。
相關(guān)閱讀：
