原创 保护输出过压的电路

　　在测试与测量应用中，必须为放大器、电源以及类似部件的输出端提供过压保护。实现这一任务的传统方式是在输出节点中增加串联电阻，并在电源线路或其它阈值电压上增加箝位二极管（参考文献1与图1）。这个电阻大大减小了电流输出的能力，以及低阻负载的输出电压摆幅。另外一种方案是用保险丝或其它限流器件，它优于这些箝位电路的高吸能能力。当源电阻R6上的压降大于耗尽型MOSFET Q1与Q2的栅极阈值电压时，图2电路是作为一个双极电流源，从而限制了通过箝位二极管的电流（参考文献2）。这种方案的缺点是在过载条件下，串联元件上有大的功耗。

　　有一种合理的方案是当输出端子上存在过载电压时，将放大器输出节点与输出端子断开一段时间。几十年来，工程师都在音响功率放大器中使用机电继电器完成这种串联断接，不过原因不同，他们是用于扬声器保护。SSR（固态继电器）（包括光电子、光伏电池、OptoMOS和PhotoMOS器件）适合完成中等强度电流的负载断接任务，因为其控制端与负载端之间有电流绝缘（参考文献3）。

　　图3中的串联保护电路使用一只串接的大电压SSR，切断放大器的输出端。当输出电压升高到正基准电压以上或低

于负基准电压阈值时，就会使IC2或IC3比较器变换自己的输出状态，通过与逻辑器件IC5关断SSR IC4。图4显示了实现这种方案的简单电路。

　　图4中的电路只需要少量外接元件，使用一只SSR作输出过压保护。上升的过压使IC2中的两只晶体管截止，切断了流经IC3控制LED的电流。继电器IC3打开，保护放大器与箝位二极管。该电路经过了一系列Clare、Matsushita Electronic Works和Panasonic SSR的测试，它们有的带内部电流保护，有的不带。电源线路电压是±15V；R10、R11和R12设定触发电平为±16V。省略R11可将触发电平移至±14.5V。在保护电路工作时，针对0.5V过压保护继电器，SSR的关断延迟为100ms~200ms，较高过压下延迟会更短些。注意在使用低导通电阻SSR时，通过箝位二极管的峰值电流可能会相当大。

参考文献
1. Steele, Jerry, “Protect Those Expensive Power Op Amps,” Electronic Design, Jan 31, 1991.
2. “±500 Volt Protection Circuit,” Application Note AN–D11, Supertex Inc, Aug 14, 2000.
3. Stitt, R Mark, and David Kunst, “Input Overload Protection for the RCV420 4-20MA Current-Loop Receiver,” Burr-Brown, Application Bulletin AB-013, July 1990.
4. “Fault-Tolerant Analog Switches,”Application Note 745, Maxim Integrated Products Inc, March 25, 2001.