限流控制电路的基本原理：六种限流保护电路

当电流小于设定值时，由R1提供P3的偏置电流，P3饱和导通，对电流不起控制作用；当电流大于或等于设定值时，R上的压降增大，R上的压降与三极管结压的和接近R2的压降，于是开始限制P3通过的电流，这样就把电流限制在一定的水平。也可将R2换成一个稳压管，限流更为精确。上述保护电路的缺点是当电流超载时，特别是发生短路时，所有压降都降在三极管上，存在一定的功耗。大家可以根据需要，把保护电路设计成具有自锁功能。也就是当电流没有超载时，三极管完全导通，当发生短路时，则将三极管完全关闭。简单的原理图如下：

此电路的缺点是保护后没有输出，即使撤消短路也不能自行恢复。需要人工启动，把负载断开或用一个按键将R2短路。大家可以自行把P2改换成场效应管。使得保护电路未工作时损失的压降降低。

在某些直流/直流转换器中，芯片上的逐周期限流措施在短路期间可能不足以防止故障发生。一个非同步升压转换器可通过电感器和箝位二极管来提供一条从输入端到短路处的直接通路。当负载存在短路时，不管集成电路中限流保护功能如何，流过负载通路的极大电流可能会损坏箝位二极管、电感器和集成电路。在一个SEPIC（单端初级电感变换器）电路中，耦合电容会中断这条道路。因此，当负载存在短路时，也就不存在电流从输入端流到输出端的直接通路。但是，如果所要求的最短导通时间比专用负载周期还短，则电感器电流和开关电流就会迅速增大，造成集成电路故障、输入端过载，或两种情况兼而有之。甚至在某些降压稳压器中，负载周期的种种限制有时也会使开关导通时间过长，以致无法在输出短路时保持控制，特别是在极高频率集成电路的输入电压非常高的时候。使用单个晶体管方法，可以在负载过载或短路致使电感电流开始失控时，将VC脚（误差放大器的输出端）电压下拉，这样就可以防止SEPIC电路发生短路故障（图1）。

下拉VC引脚电压可迫使集成电路停止开关功能，跳过最短导通时间开关周期，使每个电感器中的电流下降。在短路期间，L1中的峰值电流（因开关周期数有限而降低）与L2中的峰值电流之和等于开关的峰值电流，即低于LT1961EMS8E的1.5A极限值。

图1中虚线框外的电路是普通的峰值电流方式的PWM控制电路，利用电流互感器取样峰值电流。图中所示的PWM芯片是ST公司生产的L5991。虚线框内是本文所提出的限流保护电路。它利用峰值电流控制中的电流信号作为输入信号，通过一个由D1，R1，C1组成的峰值保持电路和由运放组成的PI环节得到一个误差信号，在变换器的输出电流超过限定值的时候，该误差信号就会控制PWM芯片的占空比，从而使输出电流保持在限定值。由于D2存在，当输出电流低于限流值时，该部分电路对占空比的控制不起作用。

图1 限流保护电路

下面以正激变换器为例，阐述限流保护电路的工作原理。

正激变换器如图2所示。设图1中A点电压为va，B点电压为vb，C点电压为vc，图2中流过开关管的电流为is，电感电流为iL，输出电流为io。电流取样变压器原边电流，即流过开关管的电流is。并作以下假定：

图2 正激变换器

1）二极管D1的导通压降是VD1并保持不变；

2）R1在实际电路中的作用是与C1组成RC吸收网络吸收尖峰，这里假定为零；

3）正激变换器电感L电感量较大，电路工作在CCM模式且电感电流波动较小。

则正激变换器限流保护电路的理论工作波形如图3所示。其一个开关周期可以分为3个工作阶段。

阶段1（t0－t1）t0时刻vg》0，开关管S及二极管DR1导通，iL线性上升，所以，原边电流is也线性上升，va也随之上升，此时间段va－vb《VD1，二极管D1处于关断状态，vb通过R3放电，呈下降趋势。

阶段2（t1－t2）t1时刻va－vb》VD1，二极管D1开始导通，vb随着va线性上升。

阶段3（t2－t3）t2时刻vg=0，S关断，is=0，则va=0，二极管D1关断，vb通过R3放电，直到下一周期的到来。

从图3中可以看到vb是一个波动的电压，但是在实际电路中，由于图1中时间常数R3C1取得比较大，vb的波动很小，可以近似为一个直流电压。

图3 正激变换器限流保护电路理论波形

根据假定3），电感电流的波动较小，即va的斜率比较小，另外VD1较小（是因为流过二极管的电流很小，实验中采用1N5819实测值为200mV左右），则vb的值近似地等于vaD（va在DT时间内的平均值）。从图3中可以看到VaD与输出电流io成正比，也即vb近似与输出电流io成正比，假定vb=KioK为常数。

我们知道，当限流保护电路工作并达到稳定状态时，vb=vc=vref=Kio，此时输出电流io即为限流保护值。因此，通过改变参考电压Vref即可改变限流保护值。

1、限流的大小I=U/RX其中U为三极管的开启电压，电阻RX最好选用线绕电阻，减少温度对需要限制的电流大小的影响。温度系数不好的电阻会影响限流的效果。

2、工作原理：1当输入电流Iin小于限流I时，电阻RX上的压降小于三极管9012的开启电源Uon。此时三极管9012是处于截止状态的。输入电压通过

电阻R1和R2分压，使场效应管Q1的源极S和栅极G产生足够的压差。从而使Q1管导通。使电路正常工作。2当输入电流Iin大于限流电流I时，电阻RX上的压降大于三极管9012的开启电源Uon。此时三极管9012是处于导通状态的。输入电压就直接加在Q1管的栅极，此时Q1管的源极和栅极电压大致相等。从而使Q1管截止。断开电路，使电路处于保护状态。从而避免电流过大，毁坏负载。3、Q1和Q2具有相同的功能，给电路提供双重保护。

4、电路中的各个元件参数是根据限流350毫安设定的。9012的开启电压约为0.55伏。所以可确定RX=0.55V/0.35A=1.57欧姆。5、Z1和Z2为瞬态抑制二极管。防止输出电压异变，保护负载电压不受尖峰电压的影响，如雷击等。

二极管ＶＤ并接于限流取样电阻两端，限流电阻上的取样电压达到二极管导通电压时，二极管起到旁路调整管基极电流的作用，限流输出电流。