梁子秀

鄭州鐵路技師學院，河南鄭州 450015

功率放大電路功率輸出器件的保護

梁子秀

鄭州鐵路技師學院，河南鄭州 450015

功率放大電路中，有一個很重要的環(huán)節(jié)就是對器件進行保護。如果沒有必要的保護環(huán)節(jié)就很容易造成其輸出器件的過熱甚至損壞。本文主要介紹了功率放大器輸出器件的常用保護措施、電路及其原理分析，實用性較強。

功率放大電路；過流保護；過熱保護

在功率放大電路中應(yīng)采取必要的保護措施對功率輸出器件進行保護，以保證其工作的正常進行。保護措施通常有過流保護和過熱保護兩種，本文以廣泛使用的互補對稱功率放大器為例簡做說明。

1 過流保護

1）作用：功率放大電路的過流保護電路用于防止電路的實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（場效應(yīng)管）互補對稱功率放大電路的過流保護：

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)成的過流保護電路對功率輸出管T1、T2進行保護。Rs1、Rs2是兩個阻值很小的電阻，在正常情況下，T1、T1的源極電流流過Rs1、Rs2時在其上產(chǎn)生的電壓降低于0.6V，故過流保護三極管T3、T4均截止，不影響電路的正常工作。當功率輸出管T1、T2的源極電流出現(xiàn)過流時，Rs1、Rs2上的電壓降就會超過0.6V，于是三極管T3、T4開始導通，從而使功率MOSFET管T1、T2的柵-源電壓下降、漏極電流，達到過流保護的目的。

圖 1 功放電路的過流保護電路

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)誤導通。在輸入信號ui為負電壓時，T2導通，使輸出電壓uo也為負電壓。但由于P溝道MOSFET管T3的柵極-源極電壓需要-4V～-2V才會開始導通，形成大電流輸出時，柵極-源極電壓將會達到-7V～-4V ，也即B點電位比輸出電壓低4V～-7V，這使得電路中A點的電位也可能低于輸出電壓uo。由于此時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，如果沒有二極管D1，三極管T3的集電結(jié)就會因承受正向電壓而導通。同理，在輸入信號ui為正電壓時，二極管D2也可防止三極管T4的集電結(jié)導通。

（2）采用大雙極型功率三極管（GTR）為輸出級功率放大電路的過流保護：

電路形式如圖2所示。此過流保護電路形式與圖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)射極導通壓降比較低，當輸出信號uo為負電時，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處于截止狀態(tài)。同時，T1的基極電位又高于uo，使過流保護三極管T3的集電結(jié)不會因承受正向電壓而導通。輸入信號uI為正電壓時，過流保護三極管T4的集電結(jié)也不會因承受正向電壓而導通。

圖2 GTR功 放電路的過流保護電路

2 過熱保護

1）作用：功率放大電路的過熱保護電路用于防止功率輸出器件因自身溫度過高而出現(xiàn)損壞。

2）電路形式：功率放大電路的過熱保護通常采用專用的集成開關(guān)來完成。溫度開關(guān)內(nèi)集成有熱敏元件，可以感知外界的溫度，當外界溫度超過其溫度設(shè)定值時，即以邏輯信號形式反映出過熱信息。

MAX6502就是這樣的溫度開關(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，SOT23-5封裝中的熱敏電阻通過此引腳感知環(huán)境溫度；（3）TOVER：輸出引腳，當外界溫度超過芯片的溫度設(shè)定值時，產(chǎn)生邏輯輸出信號。其輸出端采用推拉式電路，當外界溫度低于芯片的溫度設(shè)定值時，此引腳輸出低電平，當外界溫度超過芯片的溫度設(shè)定值時，此引腳輸出高電平；（4）HYST：溫度滯環(huán)輸入引腳。當此引腳接地時，溫度滯環(huán)為2℃，而此引腳接Vcc 時，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，則當外界溫度高于95℃時，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)榈碗娖健６鴮YST引腳接Vcc時，則當外界溫度高于95℃時，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，可以控制電路在過熱時停止工作，也可以控制電路在過熱時啟動風扇進行降溫。以MAX6502控制風扇啟停的電路如圖3所示。當外界溫度超過MAX6502的溫度設(shè)定值時，TOVER引腳輸出高電平，使晶體管T1導通，風扇加電工作。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，風扇停止工作。

圖3 MAX6502控制風扇啟停電路

[1]林欣編著.功率電子技術(shù)[M].清華大學出版社.

[2]楊幫文編著.新型實用功率放大電路錦集[M].人民郵電出版社.

[3][美]J.Michael Jacob著.功率電子學[M].蔣曉穎，譯.清華大學出版社.

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1674-6708（2011）37-0058-02