前段時間開發了一個產品，由單片機控制對負載供電，滿負載時基準電流為800毫安，程...

ID:99624 · 發表于 2015-12-27 04:53

前段時間開發了一個產品，由單片機控制對負載供電，滿負載時基準電流為800毫安，程序提供不同的供電模式，具體是由單片機輸出一個PWM信號控制MOS管，從而按要求調整工作電流。我們知道MOS管導通時內阻非常小，我們所用的型號約為0.1歐姆的樣子，這樣正常工作時上面最大壓降非常小，只有800毫安*0.1歐姆=0.08伏，上面的功率損耗為0.064瓦，對于電源控制來說是一種效果不錯的器件。

雖然MOS管導通內阻非常小，但所流過的電流也有最大限制，如果電流過大，比如外接負載短路，同樣會被燒毀。短路都是非正常工作狀態，本來一開始我們并沒有對產品進行短路保護考慮，在調試中一次意外讓我們把開始考慮增加短路保護。當時裝好一塊新板，控制信號測試都已經正常，想看看接上負載的情況，當時圖方便直接將負載的兩條線用手按接在板上，結果一動導致這兩點短路，“啪”的一聲脆響，一團火花后是青煙裊裊，MOS管燒了。

通常短路保護都是使用保險絲，只要電流一大，保險絲就自動熔斷。用保險絲的方法雖然簡單，但需要增加成本，另外保險絲熔斷需要一段時間，電流過大時就有可能出現保險絲還沒熔斷，器件已經被燒毀的情況。讓我們先來看一下器件燒毀的原因，可以肯定是流過器件的電流過大，內部所發的熱量無法及時傳遞出去，從而導致溫度急劇升高，最后被燒毀。

注意這里我說的是電流過大，并不是說電壓過高，這么說是想強調有時候雖然電壓很高，但這個電壓并不能產生持續的大電流，比如人身上的靜電很容易就高達幾千伏，這么高的電壓并不能燒毀任何器件。究其原因就是人身上的靜電雖然高，但可以通過接地的導體迅速釋放掉，不能形成持續的大電流，放電過程釋放的能量并不大，這個能量不足以燒毀器件。到這里我想大家應該明白了，器件的燒毀唯一的條件就是足夠的能量釋放在它上面，器件不能通過熱傳遞將這些能量轉移出去，溫度急劇升高而燒毀。

既然可以用能量的觀點來解釋燒毀，那如果短路的時間非常短，雖然流過的電流很大，但時間更短，是不是就不會燒毀器件了呢？理論上分析這種想法是對的，只要我們能夠檢測出短路，而且一短路就能切斷電源，器件就應該不會被燒毀。

因為產品所用的單片機有多余的ADC口，于是我們用多余的ADC口來檢測電流，做法是在負載與地之間串聯一個0.22歐姆的小電阻，用ADC檢測這個電阻對地的電壓。正常工作的滿負載電流為800毫安，在這個電阻上的壓降為800毫安*0.22歐姆=0.176伏，如果ADC口檢測到的電壓達到這個值的三倍，我們就認為短路發生，立即將MOS管的輸出關斷，每10毫秒檢測一次該電壓，發現電壓超標就關斷MOS管100毫秒。測試結果證明前面的假設正確，加上這樣的處理后輸出無論怎樣短路，都不會燒毀MOS管，而且一旦短路消除可以迅速恢復輸出。

說明：需要另外加一個電阻進行電流檢測是我們用NMOS來控制電源輸出，NMOS的導通內阻比PMOS要小，通常是接在負載的正端，如果直接利用NMOS管的內阻來檢測電流會比較麻煩，用另外一個小電阻串接在負載的負端到地會更簡便，只是效率會略有下降。

注釋：靜電損壞器件是擊穿，和燒毀是兩個概念，不要混淆在一起。

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