过载保护电路图大全（六款过载保护电路设计原理图详解

黄斌

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过载保护电路图设计（一）


如下图所示，由R3，RP分压电路中捡取市电的过电压信号，经过触发二极管，驱动微触发晶闸管导通，使脱扣器动作。漏电保护器的过载保护用干簧管绕制的线圈Lg利用剩余电流原理完成。

                               
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干簧管的常开触点并接在试验按钮SB上；线圈Lg串接在绕组W1上，当负载电流超过设定值时（过载设定值由线圈的线径、匝数确定），干簧管的常开触点便因磁化而闭合，相当于试验按钮SB闭合，则互感器T的一次侧产生剩余电流，二次侧信号便触发VTH导通，脱扣器动作，迅速切断电源，其电气原理与前面所讲的漏电、过电压保护动作原理相同。下图所示的电路比较完整地起到了过电压、过电流、过载、漏电保护作用。

过载保护电路图设计（二）


如图所示是一种称之为限流式的过载保护电路。电路中．VT3—VT6构成复合互补对称式功率放大输出级电路，\rri、vr2、VD7、VD8和Rs、玛等构成过载保护电路，其中R和R9为取样电阻器，其电阻值很小。

                               
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过载保护电路图设计（三）


该电路具有断相保护和过载保护功能。电路不采用电源变压器，可缩小装置的体积。

                               
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调节RP．使电动机正常运行时，加在稳压管vsl上的电压低于其击穿电压，三极管VTI截止，VTz导通，中间继电器KA吸合，其常开触点闭合，接触器KM自锁。
当W相断电时，接触器KM释放，电动机停转；当U相或V相断电时，VS1击穿，三极管VTI导通．VT2截止，KA、KM相继失电释放，电动机停转。电动机过载时，Vsl击穿，也起到停机保护作用。


过载保护电路图设计（四）


为大家带来的是一款关于25欧扬声器的过载保护电路设计，该过载保护电路功率为650mW，电源电压12V，扬声器25欧。具体的电路设计和元器件规格请见下文详细讲解。如图过载保护电路功率为650mW，电源电压12V，扬声器25欧。部分元件规格：VT1：晶体管NB111EH/JVT2：晶体管：NR001EVT3：晶体管NA11EB/JVT4：晶体管NA12EB/J。

                               
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过载保护电路图设计（五）


下面介绍一种采用霍耳元件作为传感器的可控硅过流过载保护电路，此外它还具有过热保护功能和声光报警功能。电路原理图见下。

                               
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基于霍尔元件的可控硅过流过载保护电路


它的基本工作原理是这样的，由两个Ｕ形磁体与两个三端型集成霍耳元件组成一个带有一定间隙的闭合磁路，作为电流的检测系统，通过负载及可控硅电流的导线从磁路平面的中心穿过，在磁路中产生一个交变磁场，见图２。当通过可控硅的电流值在额定范围之内时，它在磁路中所产生的磁场强度较小，低于霍耳元件的动作磁场强度，保护电路不动作。而一旦发生过电流情况时，由于磁场强度大增，将超过霍耳元件的动作强度，霍耳元件将被触发翻转，同时也触发保护电路，使其关闭主电路可控硅的触发电路，并使可控硅在过零之后关断。

                               
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电路中IC1和IC2为霍耳集成电路ULN3020，在平时正常工作时它们的输出端役脚始终都为低电平，D2、D3截止，可控硅T1也处于关断状态，发光管L4不发光，正电源通过R6、L1、IC4、R5、VT到地形成一个回路，如果控制开关三极管VT的基极为高电平，它将处于导通状态，从而使过零触发器IC4开通，触发双向硅T3导通，负载RL得电工作，它们的电流将在磁路中产生一个交变磁场，当磁场强度的峰值没有达到两个霍耳元件的开通磁场强度时，IC1和IC2都保持原态不变。而一旦由于负载不正常，或其他原因导致电流异常增大时，IC1和IC2中有一只将处于短时高电平输出状态，从而通过D2或D3触发可控硅T1导通，D5导通，使过零触发器IC4关断，而可控硅T3将在电源过零后关断。与此同时，发光管L4点亮，D4也导通，蜂鸣器BU发出报警声，可控硅T1能够一直保持导通状态，直到关闭控制电路的电源为止。
在这个电路中还有一套可控硅过热保护电路，其中IC3为一只TO-220方式封装的型号为67L070二脚温度传感开关元件，它的动作温度为70℃，在平时常温状态下为常闭状态。它被安装在可控硅T3的散热器上。当可控硅由于过负荷或其他原因而使功耗大大增加，一旦散热器的温度达到70℃时，IC3将从常闭转为常开，这时T2将通过R10触发导通，D6也导通，使IC4断电截止，同时也使可控硅T3截止。与此同时，D7也导通，发光管L3被点亮，D6导通，蜂鸣器BU工作，发出报警声音。可控硅T2也能够一直保持导通状态。最后直到关闭控制电源为止。
使霍耳元件动作的电流大小可以通过调整两个U形磁心之间的间隔来决定，对于本电路所使用的40A可控硅来说，应将通过它的最大电流限制在小于40A这里所使用的磁心截面为5mm*4mm，两磁心之间的间隔约为2.0mm左右，但由于不同磁性材料导磁率存在的差异以及霍耳元件的参数差异，具体间隔可能略有不同，实际保护电流的大小最好通过实测决定，并用胶封固在印刷板上。对两只霍耳元件安装的要求是，对正磁民截面，印字全部朝向一个方向。只有这样才能使两只霍耳元件分别检测交流电流的正负半周。
为了作进一步的保护，在主电路还设有一个32A的空气开关，它的作用也是保护可控硅，同时也作为主电路的控制开关使用。
该保护电路的不足之处是当负载及电路发生严重短路问题时，对可控硅的保护作用略显不足，因为也曾经出现过可控硅被烧短路的情况，这主要是由于在保护电路动作之后，可控硅只能在电源过零之后才能自然关断，而空气开关的分断速度也是有限的。所以在必要时应采用快熔等其他措施来进行最后的短路保护。


过载保护电路图设计（六）



开关电源的过载保护电路设计


1、恒功率控制过载保护电路

                               
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UC3842控制的电流型反激式开关电源原理图如图1所示，它采用双环控制模式，一个是检测输出电压的电压外环，一个是检测开关电流的电流内环，而与电流内环并行的是逐周期限流的功率限制模块。其中Uin为全电压范围全桥整流后的直流电压，Uth对应PWM芯片的限制功率点，由于齐纳二极管Z1的作用，Uth的电压值钳位在1V，使电感峰值电流受到限制，进而实现功率限制。当输出负载达到功率限制点后，随着负载电流的继续增大，输出电压将降低，进入恒功率控制阶段;由于提供给控制芯片供电的辅助电源电压反映输出电压，当输出电压降低到一定程度，辅助电源将不能维持IC正常供电，电源将做重复的关断重启动作，进入打嗝模式（Hiccup-mode）保护阶段;负载恢复正常后，电源恢复正常工作。根据上述原理可知图2所示的恒功率控制过载保护电路输出电压与输出电流关系。

                               
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值得注意的是，从开关电流取样至开关管Q1关断存在传输延迟，包括控制芯片从电流取样输入至输出的传输延迟（UC3842的典型值是150ns）、开关管Q1的关断延迟以及用于消除开关电流前沿尖峰的滤波电路造成的延迟。这段延迟时间会使在全电压范围工作（90~264Vac）的开关电源低压工作与高压工作的最大功率点不一致，实际应用中需要加入输入电压补偿电路进行补偿，以减小高输入电压与低输入电压时最大功率点的差异。如图1所示，即该电路通过补偿电阻RP、RS2对侦测的开关电流信号叠加一个随输入电压变化的直流分量来实现补偿作用。实际应用中，RS2取值为1k：左右，以保证RP的取值足够大以及对控制IC进行保护。下面将分别介绍不连续导电模式（DCM）、连续导电模式（CCM）两种情况下RP与RS1的求法。图3为分别在两种模式下补偿后的开关电流波形图。其中，Ith为UC3842的最大电流取样输入门限，其值为Uth与检测电阻RS1的比值，ICL、ICH为低压与高压输入时的补偿电流，td为从开关电流取样输入至开关管Q1关断的传输延迟，IPH为高输入电压时的开关电流峰值，IPL为低输入电压时的开关电流峰值。

                               
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2、恒电流控制过载保护电路
与恒功率控制过载保护电路不同的是此类型的保护电路是通过检测取样电阻上的电压，并与参考电压比较来实现。图4所示为恒电流控制型保护电路原理图。

                               
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当输出电流达到电流保护值之前，电源工作在恒压控制阶段;当输出电流达到电流保护值时，进入恒电流控制阶段，负载再增大，输出电流将被限制住，输出电压降低;随着负载继续增大，输出电压继续降低，提供给IC供电的辅助电源电压将不能维持IC正常供电，电源会进入打嗝模式。故障消失后，电源恢复正常工作。输出电流限制值：

Iomax=R4Uref/（R3+R4）RS2（7）

实际应用中，电流取样电阻RS2采用阻值较低的锰铜线电阻，以保证不在取样电阻上产生太大损耗。Op2用来产生误差信号调节PWM信号的脉宽用来实现恒压控制，Op1用来实现恒流控制。有专用的芯片如TSM103可实现Op1，Op2的功能。恒电流控制过载保护电路广泛应用于给电池充电的场合，输出电压与电流的关系曲线如图5所示。由于此种类型的保护电路也会进入打嗝保护模式，此时的开关应力较大。

                               
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3、延时锁定关断过载保护电路
一般来说保护后电源的状态可分为锁定状态和可恢复状态，其中打嗝保护模式就是一种可恢复的保护方式。
在某些高峰值负载应用场合，如打印机电源等，在平均负载电流不超过额定电流以及元件能承受的电流与电压应力允许的前提下，电源在短时间内可以允许过载工作，但过载工作时间过长电源系统则认为负载设备发生严重故障，此时需要电源关断并锁定，以实现对负载设备的保护以及对电源本身的保护。基于此，本文提出一种延时锁定保护电路。

                               
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UC3842以输出补偿引脚作为反馈信号输入时，此脚的电压会随负载的增加而不断上升，当达到最大功率点时，此时输出补偿引脚的电压约为5V，见图1。所以可以在原边用COMP脚的电压来控制过功率点，如图6所示，当COMP脚电压达到功率设置点电压时Op1输出高电平，通过R11给C4充电，当充到R10上的分压值时Op2输出高电平，使Q2导通，由于Q1、Q2强烈的正反馈作用使等效SCR电路持续导通，通过Q2把COMP脚电压拉低同时锁定电源，只有当AC重新再接入时才能恢复。
延时时间Tdelay可由下式来确定：

Tdelay=-R11C4ln（1-（R10UREF/（R9+R10）UOPmax））               （8）

式中，UOPmax为运放输出的最大电压。
在不同的应用场合，可对延迟时间进行调整，也适用于不延迟保护的场合。由于此种保护方式保护后输出电压与电流近似为零，开关元件不工作，不承受开关应力，因此锁定关断的保护方式是一种相对安全的保护方式。

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如图所示是一种称之为限流式的过载保护电路

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真棒，感觉很复杂，得好好学习一下。