电子保险丝电路设计

　　保险丝在电路中起到过流保护作用。在实际的应用中，有些电路对保险丝的过流精度要求高，反应时间要求快。本文详细介绍了一种电子保险丝的电路，并对电路的组成进行了阐述。测试结果表明这个电路具有过流精度高，反应速度快，工作电压范围宽，实用性强的特点。

　　关键词：保险丝;电路设计

　　保险丝在很多的电路设计中用于电路的过流保护。当过电流时，保险丝内部温度升高，当温度升高到保险丝的熔点以上时保险丝就发生了熔断。通常情况下过流的电流值不是很准确，熔断保护的时间长。本文利用电流检测和负载控制，设计了一种电子保险丝电路。

　　一、电路介绍

　　目前通常的保险丝电路主要设计主要使用熔断保险丝，针对熔断保险丝的响应时间慢和熔断电流不精确的提出了新的解决方法。本文电路功能框图如图1所示，主要由主电路和控制电路组成;其中主电路：输入电源依次与电流检测电阻、保护电路和N-MOSFET开关电路连接，最后连接负载。其中控制电路：电流检测电路检测到电流过大控制N-MOSFET开关电路断开，电压控制电路检测到输入电压电压过低控制N-MOSFET开关电路断开，电源电路给电流检测电路和电压检测电路供电。

　　二、电路设计

　　(一)主电路

　　主电图如图2所示，TVS二极管D1起到浪涌保护作用;续流二极管D2,D3防IF感性的负载导致Q1的漏极电压过高或者过低，起到保护Q1的作用;N-MOSFETQ1用于切断和连接负载的负极;电流检测电阻RSENSE用于电流检测功能;

　　(二)电流检测电路

　　电流检测电路如图3所示，电流检测电阻RSENSE两端的差分电压信号经过电阻R1,R3和电容C3滤波后分别连接到电路检测芯片U1的1脚和2脚，用电阻R4调整电流阀值，电流检测芯片U1的5脚经过电阻R5,R6和三极管Q2,Q3电平转换后连接到N-MOSFETQ1的栅极;电流检测芯片U1的型号是德州仪器的工NA300-Q1。

　　(三)电压控制电路

　　电压控制电路如图4所示，控制电路中的电压检测电路，电源连经过R12,R14和C9分压滤波后连接到U4的参考引脚，U4的CATHODE弓}脚通过R11,R15控制Q5处于导通状态或者截IF状态，Q5的集电极连接到R7和R8,R7连接到N-MOSFETQ1的栅极;该电路中U4的型号是德州仪器的TL431;电压控制电路有两个作用，其中一个作用是确保电源电压超过一定阀值时，才给负载供电;另一个作用是当负载瞬问短路时，短路的电流大于电源的最大供电电流，因为电源限流电源的供电电压瞬问降低，电压控制电路及时起作用，使N-MOSFET关掉，断开负载;

　　(四)电源电路

　　电源电路主要由肖特基二极管D4,DC/DC降压电路和LDO降压电路组成。电源经过肖特基二极管D4，经过输入滤波电容C4和C5，连接到DC/DC降压芯片，再经过续流二极管、功率电感L1和输出滤波电容C6，产生lOV的电压VCC_10V;lOV电压经过输入滤波电容C7,LDO降压芯片和输出滤波电容C8，产生5V的电压VCC_5V;肖特基二极管D4用于输入电源电压瞬问变低时，电容C4的电压不会突变，保持系统正常运行;DC/DC降压芯片型号是XLSEMI公司的XL7005A;LDO降压芯片是EXAR公司的SPX1117M3-L-5-O。

　　(五)设计电路需要考量的指标

　　1.过流反应时间INA300-Q1通过配置Delay引脚，响应时间分别为10us，50us和100us。该电路设计中Delay配置为10us模式。当发生过流时，该电路在11微秒内切断负载。2.负载短路快速保护当负载瞬间短路时，输入电压会被拉低，当电压拉低到设定的电压时，该电路在5微秒内切断负载。通过调整R12和R14的阻值可以设定低电压阀值。3.供电方式该电路可以和负载共用电源，不需要额外的电源;当负载瞬间短路时，即使输入电源电压瞬间降低到0V时，电路中的肖特基二极管D4起到防止倒流作用，电容保证该电路能够正常工作及时切断负载，输入电源电压恢复;4.电路布局摆放注意事项R1和R3串联的线走差分线，线SENSE+和线SENS-之间连接到RSENSE的两端;C4，C5，C6和D5的地先连在一起，并且尽量短，然后再和其他地连接起来。

　　三、结语

　　本文中的电子保险丝电路设计在大功率直流供电系统中进行了大量的运用。针对熔断保险丝的响应时间慢和熔断电流不精确的缺点，提出了一种电子保险丝电路设计。通过电路的设计与实际测试，这种电路设计得到了充分的验证。针对不同的供电电压，选择相应耐压的二极管D1，D2，D3和N-MOS管Q1。针对不同的负载电流选择相应导通内阻的Q1和RSENSE。

　　作者：李志刚

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