1.前言

無論我們走到哪里，都會(huì)出現(xiàn)新的電子設(shè)備，讓生活更輕松或更高效。隨著我們開始依賴這些設(shè)備，無論操作環(huán)境如何，它們都必須“工作”。無論是永遠(yuǎn)在線的智能手機(jī)、我們?cè)絹碓诫娮踊能囕v、我們最喜歡的餐廳的自助結(jié)賬亭，還是我們不直接與之互動(dòng)但只是作為生活一部分接受的大型工廠自動(dòng)化系統(tǒng)——我們只是希望事情能夠奏效。

圖 1：我們已成為日常生活一部分的眾多電子設(shè)備示例

防止現(xiàn)代電子系統(tǒng)停機(jī)的一種主要方法是盡快檢測、響應(yīng)和修復(fù)潛在的破壞性條件。然而，兩個(gè)宏觀趨勢使這成為一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。首先是對(duì)更高性能的渴望，盡管今天的電子產(chǎn)品的處理能力比它們的前輩高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，就在本世紀(jì)初。第二個(gè)是將所有這些額外的性能打包到縮小的外形尺寸中。

2.過流保護(hù)

過電流保護(hù)（Over Current Protection）就是當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)方式。當(dāng)流過被保護(hù)原件中的電流超過預(yù)先整定的某個(gè)數(shù)值時(shí)，保護(hù)裝置啟動(dòng)，并用時(shí)限保證動(dòng)作的選擇性，使斷路器跳閘或給出報(bào)警信號(hào)。過流保護(hù)電路在電路設(shè)計(jì)中我們經(jīng)常會(huì)遇到，上圖是一個(gè)常用的過流保護(hù)的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)熱管理已成為實(shí)施損壞檢測和預(yù)防的最流行方法之一。從歷史上看，設(shè)計(jì)師監(jiān)控溫度以保護(hù)系統(tǒng)；隨著溫度的升高，風(fēng)扇可以打開以降低環(huán)境溫度。如果電流傳輸不當(dāng)，必然會(huì)轉(zhuǎn)化成熱能。必須消除這種熱能，才能避免設(shè)備溫度上升。如果降溫不充分，則可能對(duì)部件造成損害或縮短部件的壽命。   就電子設(shè)備和 PCB而言，我們的目標(biāo)是從部件轉(zhuǎn)移走過多的熱量，在PCB內(nèi)部或兩側(cè)進(jìn)行散熱。為此，我們有時(shí)會(huì)結(jié)合被動(dòng)散熱方案，比如通過外部散熱片進(jìn)行通風(fēng)或使用冷卻液。然而，隨著小型化的趨勢，在許多情況下，沒有空間來實(shí)施像風(fēng)扇這樣的占用空間的解決方案。

通過分析程序預(yù)防問題在產(chǎn)品開發(fā)過程中，人們使用各種技術(shù)識(shí)別與熱量有關(guān)的潛在問題，并開發(fā)出特種軟件包用于預(yù)防性分析。重要的是，印刷電路板在設(shè)計(jì)階段便應(yīng)做到各方面尺寸正確。因此，人們必須了解部件的要求，根據(jù)它們?cè)谛盘?hào)和電源方面的需求確定走線和間距尺寸，并選擇適當(dāng)?shù)腻冦~和基材厚度?，F(xiàn)有許多用于預(yù)防性熱分析工具和軟件包，可以在設(shè)計(jì)層面確定各項(xiàng)尺寸。人們必須了解部件的需求，根據(jù)它們?cè)谛盘?hào)和電源方面的需求確定走線和間距尺寸，選擇適當(dāng)?shù)腻冦~重量或厚度，以及基材。對(duì)于簡單的PCB，如果通過外觀檢測發(fā)現(xiàn)明顯損傷，那么完全可歸因于電流。

對(duì)更高性能的需求可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致溫度顯著升高。在大多數(shù)情況下，這種溫度升高會(huì)導(dǎo)致功耗增加。許多設(shè)計(jì)人員沒有測量滯后指標(biāo)（溫度），而是選擇測量超前指標(biāo)、電流（或功率，即電壓乘以電流）。過流保護(hù)使設(shè)計(jì)人員能夠更有效地管理系統(tǒng)熱性能，并主動(dòng)預(yù)測問題而不是對(duì)潛在問題做出反應(yīng)。

監(jiān)視過流條件的原因有很多：

· 長期系統(tǒng)可靠性。

· 系統(tǒng)/用戶安全。

· 系統(tǒng)效率。

· 故障保護(hù)。

3.具體電路

首先左側(cè)CRTL-LOAD是單片機(jī)輸出開啟負(fù)載的控制端。CRTL-LOAD輸出高電平，Q2打開，負(fù)載LOAD-IN接入。負(fù)載正常的情況下電路不會(huì)有異樣，但是當(dāng)負(fù)載突然變大(短路或者接錯(cuò)負(fù)載情況下)時(shí)，保護(hù)電路開始起作用。

下面分析一下過載保護(hù)部分的電路，即Q1、R3、R4、R5組成部分。Q1是常規(guī)的硅管，導(dǎo)通壓降大致在0.7V，上圖中在不接任何負(fù)載的情況下，Q1的基極電位可以計(jì)算出：

VQ1b=(R3+R4)/(R3+R4+R5)*5≈0.314V

因?yàn)楫?dāng)負(fù)載接入時(shí)，會(huì)在R3上產(chǎn)生壓降，從而推動(dòng)Q1基極電位增大，我們默認(rèn)理想情況下0.7V時(shí)，三極管Q1會(huì)動(dòng)作，由此理論上可以計(jì)算出接入多大負(fù)載電路會(huì)關(guān)斷：

Ib=(0.7-VQ1b)/R3=0.386V/10=0.0386A=38.6mA

即理論上此電路最多可以接入38.6mA的負(fù)載，超過38.6mA之后，由于負(fù)載增大，導(dǎo)致Q1基極電位增大超過三極管理論開啟電壓0.7V導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，從而拉低Q2基極，導(dǎo)致Q2關(guān)斷，最終切斷后面的大負(fù)載起到過流保護(hù)的作用。

器件選取需要注意：

R3要注意其精度以及封裝，根據(jù)需要的功耗選擇合適的封裝，避免小封裝對(duì)應(yīng)大功耗導(dǎo)致器件過熱。

Q2根據(jù)負(fù)載要求留有一定余量。