【经典电路】限流保护电路图文分析-KIA MOS管

下图是一个经典的限流保护电路，本文分析一下其工作原理和限流保护机制。

图 1 经典限流保护电路

限流保护电路工作原理

Q1 和 Q2 构成互锁电路，即 Q1 导通时 Q2 截止，Q2 导通时 Q1 截止。

在上电之后，这两个晶体管的导通顺序由 C1-R2-R3，C2-R1 决定。即在上电之后，由于电容两端电压不能突变，Q1 的基极电压将由电容 C1 负极电压 VCC 经过 R2，R3 逐渐减小至 0V；而 Q2 的基极电压将由 C2 负极电压 VCC 经过 R1 逐渐减小至 0V。

通过计算可以得知，Q1 的基极电压为 0 时，需要 20ms 的时间，而 Q2 的基极电压为 0 时，只需要 3ms 的时间，也就是说 Q2 的基极电压的下降速度是 Q1 的 7 倍。因此，Q2 将先于 Q1 导通，Q2 导通之后，Q1 截止。

图 2 Q1 和 Q2 基极电压的变化时间

另外，该限流保护电路在限流保护状态下不能恢复，虽然 Q1 处于导通状态，输出电压也为 VCC，但是由于 R2 串联其中，所以驱动能力非常小，如果能让电路恢复，可增加 R4。

图 1 中的三极管可以换为 P 沟道 MOSFET IRLML5203，图 3 是示波器抓取的限流电路工作波形，C1 是 Q1 的基极电压，C2 是 Q2 的基极电压，C3 是输出电压，C4 是电源电压 VCC=12V。

图 3 限流电路启动时的波形

根据上图可以看出，在上电之后，Q1 和 Q2 的基极电压瞬间达到电源电压，随后 Q1 和 Q2 的基极电压均下降，只是 Q2 的基极电压下降的较快，大约在 300us 的时间，Q2 导通，输出端开始有电压，随后 Q2 基极电压继续下降，直至电压为 0V，在此期间 Q1 基极电压被拉高。

限流保护电路的保护机制

下图是输出对地短路情况时电源上电的波形图：

图 4 限流保护电路的保护机制波形

当输出对地短路时，上电之后，仍是 Q2 先导通，随后电源对地短路，电源电压急剧下降并反弹（电源电压急剧下降过程中，Q1、Q2 和电源电压的下降速度为 Q2>Q1>电源电压，说明电容 C1 和 C2 还在持续放电）。

电源电压反弹之后，Q1 和 Q2 的基极电压均再次下降，Q2 的下降速度仍快于 Q1，直至 Q1 导通，Q2 截止，电源电压恢复正常，Q1 和 Q2 的基极电压也由 C1 和 C2 充电恢复正常，最后，Q1 的基极电压降至 0V，Q2 的基极电压升高至 VCC。

不同电源电压的保护特性

下面将电源电压设置为 3.3V，测试限流保护电路的工作情况和保护机制：

不同 P 沟道 MOSFET 的保护特性

下面将 P 沟道 MOSFET 换为驱动能力更小的 BSS84PW，电源电压 VCC=12V，测试限流保护电路的工作情况和保护机制：

在工作中输出对其他电源短路情况下限流保护电路的保护机制

在电源电压 VCC=12V 与一个小的电源电压（3.3V 或者 5V）短路，测试限流保护电路的保护机制。

图 10 输出与 3.3V 电源短路

这种情况下，Q1 处于截止状态，Q2 一直处于导通状态，输出 12V 电压，也就是说 12V 电压将 3.3V 的电压拉高了。

限流保护电路的器件选型

根据上述分析的限流保护电路的工作原理可以得出：

1. P 沟道 MOSFET 或者 PNP 三级管的驱动能力要大于负载的工作电流，小于被保护电源芯片的输出电流；

2. 阻容的选择要保证 Q2 的导通时间小于 Q1 的导通时间，总体的切换时间要合适，减小该限流保护电路的响应时间。

3. 如果要同时保护对地短路和对小电源电压保护的情况，可以在输出端串接一个二极管，二极管对电源造成的压降要满足负载的要求。

联系方式：邹先生

联系电话：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助

免责声明：本网站部分文章或图片来源其它出处，如有侵权，请联系删除。