大学生电子设计竞赛中电源保护方案的设计方法

摘 要 全国大学生电子设计竞赛中的一类题型是各种电源的设计和制作，并通常要求对电源的输出进行保护。本文提供一种完备的可自动恢复截止式保护电路设计方案，不仅满足基本要求，还具备成自恢复功能，可以获得发挥部分分数。可供参赛学生做赛前训练和竞赛技术准备。

关键词 电子设计竞赛 过载保护 自动恢复 截止式保护

中图分类号：G642文献标识码：A

全国大学生电子设计竞赛是教育部高教司主办的6个全国性学科竞赛之一。其中電源类竞赛题型中，稳压源、恒流源和DC/DC电路是基础内容。在单元电路的基础上，利用微处理器控制三者协同工作，可以为电源类的题目提供解决方案。并经常要求做过流保护设计。本文介绍一种电源保护方案，可自动恢复的截止式保护电路。该设计不仅可以实现过载保护，完成竞赛基本要求，还实现过载消除后的自动功能恢复，可以为设计增分。

可自动恢复截止式保护电路设计方案如图1所示。

该电源的公共地为电源正极，输入为大于-12.3V电压，输出稳压在-12V。设计方案中包含两个功能模块：一个是由Q9、Q10、Q11、Q13为核心的串联稳压电路，输出电压经过R17和R18分压取样，经过Q9、Q10差分放大，控制Q11的Vce，以控制调整管Q13的漏源电压，实现输出电压的稳定。另一功能模块由电压比较器SF339、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8为核心组成的可自恢复截止式保护电路构成，详细工作原理如下。

电源正常工作时，输出电流小于最大正常工作电流。电流取样电阻R3上的电压小于R1上的电压，比较器同相端电压大于反向端电压，输出高电平（约为0V）。Q7的基极电压为R4和R5分得电压，接近0V，Q7截止，进而Q6、Q8、Q4都是截止状态。电路处于正常稳压调整工作状态。

电源输出端负载过重甚至短路时，输出电流大于最大正常工作电流。电流取样电阻R3上的电压大于R1上的电压，比较器同相端电压小于反向端电压，输出底电平（约为-12V），Q7的基极电压为R4和R5分得电压，接近-3V。Q6和Q7组合可以看作可控硅，在-3V电压的触发下，迅速导通，进而Q8、Q4导通。Q8的Vce电压钳制调整管Q13的栅源电压，使其截止，输出电流切断，电源处于截止保护状态。同时，Q4的导通，使C3通过R7和Q4充电，当C3上端的电压下降到去除D3压降（约-6.6V），仍能使Q5导通，则Q6和Q7立即截止，进而Q8、Q4截止。C3通过R6和D2放电，Q13解除被钳位，恢复工作。此时，会有两种可能：一种是负载过重情况消除，则电路自恢复，正常工作;另一种情况是负载仍然过重，则再次进入输出电流过大的情况，重复上述工作过程，进行过载保护。

上述可自动恢复截止式保护电路设计方案的设计，可以赛前做训练准备，制成模块，在竞赛中稍加改变参数和调试，即可投入应用。一定可为电子设计竞赛增色不少。

参考文献

[1] 牟峰.电源技术课堂教学引申出大学生电子设计竞赛题解方法[J].科教导刊，2018（33）.

[2] （日）户川治朗.实用电源电路设计[M].科学出版社出版，2019.