一文了解保护电路识图方法

周二, 8 一月 2019 - 14:47

在许多电子电器整机电路中，需要多种形式的保护电路，以保障电路的工作安全。

3种基本保护电路

保护电路主要有下列3种形式。

(1)信号切断式保护电路。

(2)电源切断式保护电路。

(3)负载切断式保护电路。

信号切断式保护电路识图方法

图3-33所示是信号切断式保护电路方框图，它主要由信号控制电路、过载检测与放大电路等构成。
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图3-33 信号切断式保护电路方框图
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保护电路的分析方法：将信号大小分成两种情况，一是信号比较小，对电路没有危害，保护电路不动作;二是信号比较大，分析保护电路的具体动作过程。

检测电路在保护电路中起着过电压或过电流等故障现象的检测作用。

当功率放大器输出信号不太大时，检测电路输出的检测信号不足以使控制电路动作，这时保护电路没有进入工作状态，对电路正常工作无影响。

当功率放大器输出信号太大时，由检测电路检测到这一过载信号，经放大器放大后去控制功率放大器输入信号的大小，使输入功率放大器的信号大大减小，达到保护功率放大器和负载电路的目的。

电路识图的具体思路和方法：从功率放大电路输出端出发，一路信号送入负载电路，另一路信号送入过载检测与放大电路，这一电路中往往设有二极管整流电路，将交流控制信号转换成直流控制电压，然后对信号控制电路进行控制。这一保护电路的特点是，控制功率放大器输入信号的大小。

重要提示

整个控制电路形成一个回路，这是所有控制电路的特征。这种电路通过减小输入信号来达到保护的目的，所以称为信号切断式保护电路。

电源切断式保护电路识图方法

图3-34所示是电源切断式保护电路方框图，电路主要由电源控制电路、过载检测与放大电路等组成。

电路识图方法：假设功率放大器输出的信号太大，过载检测电路检测到这一过载信号，并对这一信号进行放大，然后去控制电源电路，切断电源供给电路回路，使功率放大器没有工作电压，电路停止工作，达到保护目的。
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图3-34 电源切断式保护电路方框图
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这一电路的分析思路和方法与前面一种电路相同，电路识图中的不同之处是控制的是功率放大电路的直流工作电压。

负载切断式保护电路识图方法

图3-35所示是负载切断式保护电路方框图，它主要由继电器、过载检测与继电器驱动(检测与放大)电路构成。
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图3-35 负载切断式保护电路方框图
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电路识图方法和思路：假设功率放大器输出信号太大，过载检测电路检测到这一过载信号，并对这一信号进行整流和放大，然后去控制继电器，使继电器动作，断开功率放大器的负载，达到保护目的。这一控制电路的特点是切断负载电路。

3种音频功率放大器保护电路

(1)音箱保护电路。在OCL和BTL功率放大器中，由于音箱与功率放大器输出端之间没有隔直元件，所以音箱存在过电流损坏的危险，必须设置音箱保护电路。

(2)功率放大器过电流和过电压保护电路。用来保护功率放大器，当出现过电流故障或过电压故障时，保护电路动作。在整机电路中功率放大器的工作电压和电流最大，所以故障发生率比较高。

(3)功率放大器电源保护电路。用来保护功率放大器的电源电路，主要有过电压保护电路和短路保护电路等。

功率放大器过电压保护电路识图方法

功率放大器的保护电路主要有3种：过电压保护、过载保护和一些集成功率放大器电路的内电路中所设的过热保护电路。为了分析电路方便，以分立元器件构成的保护电路为例进行电路识图思路和方法的详细讲述。

图3-36所示是功率放大器过电压保护电路。电路中的A1是功率放大器集成电路，在它的输出端与地线之间、输出端与直流工作电压端+V之间分别接有VZ1和VZ2，用同型号的稳压二极管VZ1和VZ2构成保护电路。
<img alt="图3-36 功率放大器过电压保护电路" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="466f4f9a-e350-4a13-8e8c-8550fa5c3273" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3-36%20%E5%8A%9F%E7%8E%87%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8%E8%BF%87%E7%94%B5%E5%8E%8B%E4%BF%9D%E6%8A%A4%E7%94%B5%E8%B7%AF.jpg" />
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图3-36 功率放大器过电压保护电路
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分辨功率放大器过电压保护电路的方法：在正常的功率放大器的基础上，多出的元器件很可能是构成过电压保护电路的元器件，稳压二极管VZ1和VZ2是多出的元器件，所以它们构成保护电路。

VZ1和VZ2实际上是保护功率放大器集成电路内电路中的两只功率放大器输出管，稳压二极管并接在功率放大器输出管的集电极与发射极之间，如图3-36(b)所示。

过电压保护电路的分析思路：将电压分成比较大和比较小两种情况，分别分析电路的工作过程。

保护电路的分析过程：电路中，取VZ1和VZ2的击穿电压略大于直流工作电压+V，这样在正常工作时，VZ1和VZ2不击穿，相当于开路。如果偶然出现高电压或电源电路出现故障的情况，直流电压+V异常升高后使VZ1和VZ2击穿，VT1和VT2集电极与发射极之间的直流工作电压便不能升高，达到保护功率放大器输出管的目的。

功率放大器过载保护电路识图方法

重要提示

所谓过载保护是指功率放大器的输出电流太大，对输出级电路中的三极管存在烧坏的危险时电路进入保护状态，达到保护输出级电路的目的。

图3-37所示是一种限流式过载保护电路。电路中的VT3、VT4、VT5和VT6构成复合互补对称式功率放大器输出级电路，标准的复合互补对称式功率放大器输出级电路之外的元器件构成过载保护电路，即VD1、VT1、VD2、VT2、R3、R1、R4、R2、R8和R9。
<img alt="图3-37 限流式过载保护电路" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="0b5d6379-d24e-4dfd-be15-29cf5b509b4a" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3-37%20%E9%99%90%E6%B5%81%E5%BC%8F%E8%BF%87%E8%BD%BD%E4%BF%9D%E6%8A%A4%E7%94%B5%E8%B7%AF.jpg" />
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图3-37 限流式过载保护电路
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保护电路中采样电路识图思路和方法：保护电路中必有采样电路，以检测功率放大器电路是否过载而需要保护电路动作。电阻R8和R9是过载保护电路中的采样电阻，其阻值很小。正半周信号放大管VT4发射极电流流过采样电阻R8，在R8上获得采样电压。过载时VT4管发射极电流大到超过安全值，R8上的电压已比较大，这一电压通过R3和R1的分压后加到VT1基极。

同理，负半周信号放大管VT6集电极电流流过采样电阻R9获得采样电压。

分析保护电路的思路和方法如下。

(1)假设在电路正常工作时，VT4和VT6电流流过采样电阻R8和R9的电流不是很大，R8和R9的压降不是很大，通过R3和R4加到VT1和VT2基极的电压不足以使VT1和VT2导通，这样VD1、VT1、VD2、VT2处于截止状态，对功率放大器的工作无影响，保护电路没有动作。

(2)假设因负载短路或其他原因导致VT3和VT4管工作电流很大，通过采样电路使VT1基极控制电压大，VT1和VD1导通，对输入信号正半周进行分流，使净输入VT3和VT4的信号大大减小，达到过载保护的目的。同理，采样电路加到VT2基极的控制电压大，VT2和VD2导通，对负半周信号进行分流，使净输入VT5和VT6的信号大大减小，达到过载保护的目的。

过载保护电路识图中要掌握下列几个细节。

(1)R8和R9的阻值大小影响采样电压大小，阻值大，功率放大器同样电流大小下的采样电压大。

(2)R3和R1构成一组采样电压的分压电路，R4和R2构成另一组采样电压的分压电路，分压比大小决定了过载保护电路的动作电平大小。R1和R2的阻值大时，功率放大管中较小的过载电流就能使保护电路动作，R1和R2的阻值小时相反。

(3)VT1和VT2管基极与发射极之间的PN结对采样电压具有整流作用。采样电压是音频交流信号电压，正半周使VT1导通，负半周使VT2导通。

音箱保护电路的保护作用

音箱保护电路是保护扬声器意外损坏的电路。

许多功率放大器采用OCL或BTL电路，这两种电路的输出端与扬声器之间没有用于隔直的耦合电容。正常情况下，这两种功率放大器输出端的直流电压等于0 V，所以没有直流电流流过扬声器BL1。

重要提示

如果功率放大器出现故障，放大器输出端的直流电压不是0V，出现很大的直流正电压或负电压，这一直流电压将直接加到扬声器中。由于扬声器的直流电阻很小，所以将有很大的直流电流流过扬声器，毫无疑问会烧坏扬声器。为此，在采用OCL和BTL功率放大器电路时需要设置音箱保护电路。

调整管稳压电路的保护电路识图方法

重要提示

电源保护电路十分常见，其电路结构和保护原理与前面的保护电路相同，由采样及放大电路和保护控制电路组成。

图3-38所示的方框图可以说明调整管稳压电路的保护电路识图思路和方法。
<img alt="图3-38 调整管稳压电路的保护电路方框图" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ec6162cb-e758-44b0-bab8-8a29954b51a5" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3-38%20%E8%B0%83%E6%95%B4%E7%AE%A1%E7%A8%B3%E5%8E%8B%E7%94%B5%E8%B7%AF%E7%9A%84%E4%BF%9D%E6%8A%A4%E7%94%B5%E8%B7%AF%E6%96%B9%E6%A1%86%E5%9B%BE.jpg" />
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图3-38 调整管稳压电路的保护电路方框图
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这一电路的分析思路和方法如下。

(1)在输出回路中找出保护电路中的采样电路，如一只串联在输出回路的采样电阻，流过这只采样电阻的电流大小决定了该电阻两端的检测电压大小，这一电压就是保护电路中所需要的控制电压。

(2)采样电路之后的是检测放大电路。采样电路输出的控制电压有时需要进行放大或倒相，以便可靠地对保护电路中的控制电路进行控制。

(3)保护电路中的控制电路与调整管基极电路相连，通过控制调整管基极电流的大小来实现各种保护。

(4)对保护电路的分析步骤：找出采样电路中的元器件，分析采样电路的工作原理，分析采样电路输出的控制电压放大过程，分析控制电路对调整管基极电流的控制过程。

开关型稳压电路的保护电路识图方法

图3-39所示的方框图可以说明开关型稳压电路的保护电路识图思路和方法，这是彩色电视机中的保护电路，共有3项保护功能，都是通过切断开关型稳压电路来实现保护功能的。
<img alt="图3-39 开关型稳压电路的保护电路方框图" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="d0d2b447-6566-4ca5-af5a-dc38159eb6c5" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3-39%20%E5%BC%80%E5%85%B3%E5%9E%8B%E7%A8%B3%E5%8E%8B%E7%94%B5%E8%B7%AF%E7%9A%84%E4%BF%9D%E6%8A%A4%E7%94%B5%E8%B7%AF%E6%96%B9%E6%A1%86%E5%9B%BE.jpg" />
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图3-39 开关型稳压电路的保护电路方框图
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这一保护电路的分析思路和方法如下。

(1)在高压电路中找出过电压保护电路的采样电路，分析过电压时采样电阻输出的采样电压生成过程及传输过程。

(2)在行输出管电路中找出过电流保护电路的采样电路，分析过电流时采样电阻输出的采样电压生成过程及传输过程。

(3)在场输出级电路中找出过电流保护电路的采样电路，分析过电流时采样电阻输出的采样电压生成过程及传输过程。

(4)上述3个保护电路都是通过同一个控制电路对开关型稳压电路进行控制的，当采样电压使控制电路动作时，控制电路控制开关型稳压电路中的正反馈电路，使正反馈电路停止工作，这样开关型稳压电路停止工作，没有直流工作电压输出，达到保护目的。

文章转载自：<a href="https://www.toutiao.com/c/user/6932331435/" target="_blank">电子工程师小李</a>