使用集成MOSFET限制电流的简单方法

使用集成MOSFET限制电流的简单方法

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Frederik Dostal

Frederik Dostal

电子电路中的电流通常必须受到限制。例如,在USB端口中,必须防止电流过大,以便为电路提供可靠的保护。同样,在充电宝中,必须防止电池放电。放电电流过高会导致电池的压降太大和下游设备的供电电压不足。

因此,通常需要将电流限制在一个特定值。大多数功率转换器都有过流限制器,以保护其免受额外电流造成的损坏。在一些DC-DC转换器中,甚至可以调整阈值。

图1. 每个端口输出电流为1 A的充电宝中的电流限制。

在图1中,还可以使用具有内置甚至可调节限流器的DC-DC升压转换器。在这种情况下,无需额外的限流器模块。不过,也有许多应用在电源通路中不使用DC-DC转换器。例如,当系统中的电压为24 V时,该线路中的电流应受到限制,但负载必须恰好在24 V电压下运行。在这种情况下,可以使用额外的限流器模块,如图1中蓝色所示。

限流器电路提供了针对这一问题的解决方案。它来自保护模块系列,包括热插拔控制器、浪涌保护器、电子电路保护器和理想二极管。

市场上的大多数IC都使用外部MOSFET作为打开和关闭电流的开关,同时也用于限制电流,在这种情况下,开关的工作方式类似于线性稳压器。然而,这种开关必须确保MOSFET始终在其安全工作区(SOA)内运行。否则,半导体和电路将会受损。遗憾的是,选择一个合适的MOSFET并以一种永远不会越过SOA的方式运行有时并非易事。工作温度、电压、电流,特别是时间,均会对其造成影响。为确保安全运行,必须仔细考虑这些因素,做出正确选择。图2显示了典型N沟道MOSFET的SOA图。允许MOSFET在所示线路下方运行。

图2. MOSFET的典型SOA。

图3显示了一个专用限流器IC——ADI公司的 MAX17523 。它有两个MOSFET,可以将电流限制在150 mA和1 A之间的某个值。如果电流达到限值,则切断电流并等待一段时间后恢复,或者电流持续中断,直到下一次导通,又或者通过降低电压来限制电流。然后,内部MOSFET在欧姆区中工作。这是一种线性稳压器功能。在这些可调节的限制模式中,内部MOSFET始终位于SOA内,不会受损。无需进行详细的计算或评估。

图3. 专用限流器IC的简化电路图。

如果使用合适的高度集成IC,则限制电路中的电流不是问题。也可以将这类电路与没有可调节限流器的DC-DC变换器相结合。