三极管限流保护电路分析

出处:网络整理时间:2026-07-22
  在电子电路设计中,过流限流保护电路是保障系统稳定运行、防止元件损坏的重要组成部分。此前,我们已经对三极管 + NMOS 和 431 + NMOS 构成的过流限流保护电路进行了详细分析,其电路图如下(点击图片可跳转链接):
  今天,我们将进一步拓展对过流限流保护电路的研究,具体分析以下电路:
 
  实际上,这个电路是对 PMOS 做负载开关电路的一个拓展。如果去掉上图中蓝色框内的三极管和电阻,那么电路就与下图中 RK3588S 中的 PMOS 做负载开关的电路几乎一样了。下图截取自 RK3588S 的原理图 DEMO 板,其选型也可供各位参考:

  接下来,我们对增加了过流限流功能的电路进行仿真分析。仿真结果显示,当 S1 开关拨到 3.3V 时,Q1 三极管导通,进而 Q2 导通,LED 灯亮。此时,由于负载电流约为 5mA,R6 两端的压降约为 10mV,所以 Q3 处于截止状态。当 S1 拨到 0V 时,Q1 三极管截止,Q2 随之截止,此时 Q3 同样处于截止状态,LED 灯灭,负载电流几乎为 0。以下是仿真动图:

  下面我们重点分析过流情况下的电路表现。我们为 Q3 三极管设置的过流保护值为:Iset = Vbe/R6 = 0.7V/2Ω ≈ 350mA。为了模拟负载加重的情况,我们在上述电路中再增加一个 24Ω 的负载电阻,使负载电流增大到我们设定的保护值。可以看到,由于 Q3 的存在,会对 Q2 产生一个负反馈,使得流过 Q2 的电流几乎稳定在设定的 350mA 左右(仿真值为 390mA 是由于 Vbe 变化所致)。从仿真结果可知,此时 Q3 处于放大区,Q1 处于饱和区,Q2 处于线性区(恒流区)。正是由于 Q3 的存在,迫使 Q2 并非完全导通,而是处于线性区。仿真结果如下:
   我们再去掉 Q3 这块过流限流保护电路进行仿真,结果就很明显了。此时 Q2 处于导通状态,流过 R8 的电流约等于 0.5A。仿真图如下:
  综上所述,这个电路是一个非常经典的过流限流保护电路,它能够很好地保护前级电源,并且对三极管的使用十分巧妙。不过,在设计此电路时,需要特别注意电阻 R6 以及 MOS 管 Q2 的功率。否则,如果负载加重,可能会导致 Q2 或者 R6 烧毁。例如,在上述仿真中 R6 的功率为 0.389 * 0.389 * 2 ≈ 0.3W,Q2 的功率约等于(11.2 - 9.34) * 0.39 = 0.72W。
   通过对这个三极管限流保护电路的深入分析和仿真,我们可以更清晰地了解其工作原理和特性,从而在实际电路设计中更好地应用此类保护电路,提高系统的稳定性和可靠性。
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