大學生電子設計競賽中電源保護方案的設計方法

摘 要 全國大學生電子設計競賽中的一類題型是各種電源的設計和制作，并通常要求對電源的輸出進行保護。本文提供一種完備的可自動恢復截止式保護電路設計方案，不僅滿足基本要求，還具備成自恢復功能，可以獲得發揮部分分數。可供參賽學生做賽前訓練和競賽技術準備。

關鍵詞 電子設計競賽 過載保護 自動恢復 截止式保護

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

全國大學生電子設計競賽是教育部高教司主辦的6個全國性學科競賽之一。其中電源類競賽題型中，穩壓源、恒流源和DC/DC電路是基礎內容。在單元電路的基礎上，利用微處理器控制三者協同工作，可以為電源類的題目提供解決方案。并經常要求做過流保護設計。本文介紹一種電源保護方案，可自動恢復的截止式保護電路。該設計不僅可以實現過載保護，完成競賽基本要求，還實現過載消除后的自動功能恢復，可以為設計增分。

可自動恢復截止式保護電路設計方案如圖1所示。

該電源的公共地為電源正極，輸入為大于-12.3V電壓，輸出穩壓在-12V。設計方案中包含兩個功能模塊：一個是由Q9、Q10、Q11、Q13為核心的串聯穩壓電路，輸出電壓經過R17和R18分壓取樣，經過Q9、Q10差分放大，控制Q11的Vce，以控制調整管Q13的漏源電壓，實現輸出電壓的穩定。另一功能模塊由電壓比較器SF339、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8為核心組成的可自恢復截止式保護電路構成，詳細工作原理如下。

電源正常工作時，輸出電流小于最大正常工作電流。電流取樣電阻R3上的電壓小于R1上的電壓，比較器同相端電壓大于反向端電壓，輸出高電平（約為0V）。Q7的基極電壓為R4和R5分得電壓，接近0V，Q7截止，進而Q6、Q8、Q4都是截止狀態。電路處于正常穩壓調整工作狀態。

電源輸出端負載過重甚至短路時，輸出電流大于最大正常工作電流。電流取樣電阻R3上的電壓大于R1上的電壓，比較器同相端電壓小于反向端電壓，輸出底電平（約為-12V），Q7的基極電壓為R4和R5分得電壓，接近-3V。Q6和Q7組合可以看作可控硅，在-3V電壓的觸發下，迅速導通，進而Q8、Q4導通。Q8的Vce電壓鉗制調整管Q13的柵源電壓，使其截止，輸出電流切斷，電源處于截止保護狀態。同時，Q4的導通，使C3通過R7和Q4充電，當C3上端的電壓下降到去除D3壓降（約-6.6V），仍能使Q5導通，則Q6和Q7立即截止，進而Q8、Q4截止。C3通過R6和D2放電，Q13解除被鉗位，恢復工作。此時，會有兩種可能：一種是負載過重情況消除，則電路自恢復，正常工作;另一種情況是負載仍然過重，則再次進入輸出電流過大的情況，重復上述工作過程，進行過載保護。

上述可自動恢復截止式保護電路設計方案的設計，可以賽前做訓練準備，制成模塊，在競賽中稍加改變參數和調試，即可投入應用。一定可為電子設計競賽增色不少。

參考文獻

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