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使用整合MOSFET限制電流的簡單方法

本文作者:Frederik Dostal       點擊: 2023-05-29 16:20
前言:
電子電路中的電流通常必須受到限制。例如,在USB埠中,必須防止電流過大,以便為電路提供可靠的保護。同樣的,在行動電源中,必須防止電池放電,因為放電電流過高將導致電池的壓降太大和下游裝置的供電電壓不足。
 
因此,通常需要將電流限制在一個特定值。大多數功率轉換器都有過流限制器,以保護其免受額外電流造成的損壞。在一些DC-DC轉換器中,甚至可以調整閾值。
 
圖1. 每個埠輸出電流為1 A的充電寶中的電流限制。
 
在圖1中,還可使用具有內建甚至可調節限流器的DC-DC升壓轉換器。在如此情況下,無需額外的限流器模組。不過,也有許多應用在電源通路中不使用DC-DC轉換器。例如,當系統中的電壓為24 V時,該線路中的電流應受到限制,但負載必須恰好在24 V電壓下運作。在此種情況下,可以使用額外的限流器模組,如圖1中藍色所示。
 
限流器電路提供了針對此問題的解決方案。其來自保護模組系列,包括熱插拔控制器、湧浪保護器、電子電路保護器和理想二極體。
 
市面上大多數IC都使用外部MOSFET作為打開和關閉電流的開關,同時也用於限制電流,在如此情況下,開關的工作方式類似於線性穩壓器。然而,此種開關必須確保MOSFET始終在其安全工作區(SOA)內運作。否則,半導體和電路將會受損。可惜的是,選擇一個合適的MOSFET並以永遠不會越過SOA的方式運作有時並非易事。工作溫度、電壓、電流,特別是時間,均會對其造成影響。為確保安全運作,必須仔細考慮這些因素,做出正確選擇。圖2顯示了典型N通道MOSFET的SOA圖。允許MOSFET在所示線路下方運作。
 
圖2. MOSFET的典型SOA。
 
圖3顯示了一個專用限流器IC——ADI  MAX17523 。其有兩個MOSFET,可以將電流限制在150 mA和1 A之間的某個值。如果電流達到限值,則切斷電流並等待一段時間後恢復,或者電流持續中斷,直到下一次導通,又或者透過降低電壓來限制電流。然後,內部MOSFET在歐姆區中工作。這是一種線性穩壓器功能。在這些可調節的限制模式中,內部MOSFET始終位於SOA內而不會受損,無需進行詳細的計算或評估。
 
圖3. 專用限流器IC的簡化電路圖。
 
如果使用合適的高度整合IC,則限制電路中的電流便不成問題。將此類電路與不具備可調節限流器的DC-DC變換器相互結合,也是一個可行的方法。
 

 

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