过流保护电路

直流电路的过流保护设计方法

电子保护电路具有高速断流、恢复容易的特点，可应用于任何直流电路中作过流保护装置。而采用普通熔丝的保护电路，其过电流反应是较迟钝的，因而不能作为灵敏的保护装置。

原理：电子保护电路如附图所示。当微动开关Ｋ接通时，单向晶闸管ＳＣＲ导通，直流电路也导通。当用电量增大到超过规定的允许值时，检测电阻Ｒ１上的电压大于０．７Ｖ时，晶体管ＢＧ导通，此时晶体管集电极Ｃ和基极ｂ间的电压下降到低于３ＣＴ的维持电压，３ＣＴ关断，切断供电电路。

元件选择：当电路两端电压≤１００Ｖ时，ＢＧ用３ＤＤ１５Ｃ，单向晶闸管ＳＣＲ可用６Ａ／４００Ｖ。Ｒ１的阻值是根据电源所允许的电流确定的，即Ｒ１＝０．７／Ｉ（Ｉ为电源允许电流）。若电路的耗电是５Ｗ，Ｒ２阻值为０．３５Ω的线绕电阻，允许通过的电流为２Ａ。

集成运算放大器输出过流保护电路原理

图1所示为集成运算放大器输出过流保护电路，在因某种原因(如输出短路等)使集成运放输出过流时，保护电路即成恒流源，使集成运放不至因输山过流而损坏。

图中，场效应管3DJ7按在集成运放输出端，并采用近似恒流源的接法。当电路工作正常时，场效应管呈现低阻抗，基本不影响电路的输出电压范围。当电路输出端短路时，场效应管呈现高阻抗，使电路输出电流得到了限制。

二极管D1的作用是，在电能输出负电压时，与场效应管一起构成恒流源。D2与D1相同，则是在电路输出正电压时，与场效应管一起构成恒流源。

场效应管应取其饱和漏源电流IDSS略大于集成运放输出电流的管子，因为大多数集成运放的输出电流都不超过±10mA，所以可选用如 3DJ6H、3DJ7G等管子。Idss不能取得过大或过小，如果Idss过大，保护作用则会减弱Idss过小，在集成运放输出电流稍大时，恒流源阻抗增大，限制了电路的输出幅度范围。

当电路输出幅度不大、负荷较轻时，可用一阻值为500Ω左右的电阻代替场效应管，也能同样取得理想的效果。

过流保护电路过流保护电路图

过流保护电路图：

过流保护电路图一

过流保护电路图二

过流保护电路图三

过流保护电路

过流保护用PTC热敏电阻是一种对异常温度及异常电流自动保护、自动恢复的保护元件，俗称"自复保险丝""万次保险丝"。它取代传统的保险丝，可广泛用于马达、变压器、开关电源、电子线路等的过流过热保护，过流保护用PTC 热敏电阻通过其阻值突变限制整个线路中的消耗来减少残余电流值。传统的保险丝在线路熔断后无法自行恢复，而过流保护用PTC热敏电阻在故障撤除后即可恢复到预保护状态，当再次出现故障时又可以实现其过流过热保护功能。

2.20.1 原理电路

当电路处于正常状态时，通过过流保护用PTC热敏电阻的电流小于额定电流，过流保护用PTC热敏电阻处于常态，阻值很小，不会影响被保护电路的正常工作。当电路出现故障，电流大大超过额定电流时，过流保护用PTC热敏电阻陡然发热，呈高阻态，使电路处于相对"断开"状态，从而保护电路不受破坏。当故障排除后，过流保护用PTC热敏电阻亦自动回复至低阻态，电路恢复正常工作。

图2.20.1 过流保护电路

2.20.2 主要元器件选择

1.最大工作电压

PTC热敏电阻器串联在电路中，正常工作时仅有一小部分电压保持在PTC 热敏电阻器上，当PTC热敏电阻器启动呈高阻态时，必须承受几乎全部的电源电压，因此选择PTC热敏电阻器时，要有足够高的最大工作电压，同时还要考虑到电源电压可能产生的波动。

2.不动作电流和动作电流

为得到可靠的开关功能，动作电流至少要超过不动作电流的两倍。

由于环境温度对不动作电流和动作电流的影响极大(见图2.20.2)，因此要把最坏的情况考虑进去，对不动作电流来说，选应用在允许的最高环境温度时的值，对动作电流来说，选应用在较低环境温度下的值。

图2.20.2 环境温度对不动作电流和动作电流的影响

3.在最大工作电压时允许的最大电流

需要PTC热敏电阻器执行保护功能时，要检查电路中是否有产生超过允许的最大电流的条件，一般是指用户存在产生短路可能性的情况。规格书已经给出了最大电流值，超过这个值使用时，可导致PTC热敏电阻器破坏或早期失效。

4.开关温度（居里温度）

我们可提供居里温度80 ℃、100 ℃、120 ℃、140 ℃的的过载保护元件，一方面，不动作电流取决于居里温度和PTC热敏电阻器芯片的直径，从降低成本方面考虑，应选用高居里温度和小尺寸元件；另一方面须考虑，这样选择的PTC 热敏电阻器会有较高的表面温度，是否会在线路中导致不希望的副作用。一般情况下，居里温度要超过最高使用环境温度20 ~ 40 ℃。

5.使用环境的影响

在接触化学试剂或在使用灌注料或填料时，须特别小心钛酸钡陶瓷被还原导致PTC热敏电阻器效应下降，以及由于灌注造成的导热条件变化，都可能导致PTC 热敏电阻器局部过热而损坏。

2.20.3 应用举例

已知一电源变压器初级电压220V，次级电压16V，次级电流1.5A，次级异常时的初级电流约350mA，10分钟之内应进入保护状态，变压器工作环境温度-10 ~ 40 ℃，正常工作时温升15 ~ 20 ℃，PTC热敏电阻器靠近变压器安装，请选定一PTC热敏电阻器用于初级保护。

1.确定最大工作电压

已知变压器工作电压220V，考虑电源波动的因素，最大工作电压应达到220V×（1+20%）=264V

PTC热敏电阻器的最大工作电压选265V。

2.确定不动作电流

经计算和实际测量，变压器正常工作时初级电流125mA，考虑到PTC热敏电阻的安装位置的环境温最高可达60 ℃，可确定不动作电流在60 ℃时应为130~ 140mA。

3.确定动作电流

考虑到PTC热敏电阻器的安装位置的环境温度最低可达到-10 ℃或25℃，可确定动作电流在-10 ℃或25℃时应为340~ 350mA，动作时间约5分钟。

4.确定额定零功率电阻R25

PTC热敏电阻器串联在初级中，产生的电压降应尽量小，PTC热敏电阻器自身的发热功率也应尽量小，一般PTC热敏电阻器的压降应小于总电源的1%，R25经计算：

220V × 1% ÷0.125A=17.6 Ω

5.确定最大电流

经实际测量，变压器次级短路时，初级电流可达到500mA，如果考虑到初级线圈发生部分短路时有更大的电流通过，PTC热敏电阻器的最大电流确定在1A以上。

6. 确定居里温度和外形尺寸

考虑到PTC热敏电阻器的安装位置的环境温最高可达60 ℃，选择居里温度时在此基础上增加40 ℃，居里温度为100 ℃，但考虑到低成本，以及PTC 热敏电阻器未安装在变压器线包内，其较高的表面温度不会对变压器产生不良