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防止放大器輸出過壓的保護電路
( 10 月 1 日 2007 年)
John Guy, Maxim Integrated Products, Sunnyvale, CA

汽車電子電路有一個普遍的需求，即任何與線束（wiring harness）直接連接的設備都要能夠承受與電池電壓的短接。這種要求看似苛刻，但對可靠性和安全性來說是必要的。這種保護要求的一個例子是會產生車內指示器雜訊的音頻放大器。雖然放大器的工作電壓為 3.3V 或 5V，低於電池電壓，但放大器也必須能夠承受最高的電池電壓。你可以將用於這些放大器的保護電路用到其他汽車電路上（圖 1）。一顆雙 N 通道 MOSFET （dual N-channel MOSFET）可將放大器的輸出與線束斷開，以回應兩個輸出端的高壓情況。MOSFET Q1A 和 Q1B 為常開；齊納二極體 D4 及其偏置元件將 MOSFET 閘（gate）驅動到大約 11V。雙二極體 D3 在每個輸出提供一個直流電壓的二極體-OR 連接，因此產生一個可控制分流穩壓器 IC2 輸出的電壓。該電路可為IC1提供保護，IC1是一顆 1.4W AB 類放大器，適用於音頻警示，以及汽車電器的指示。
在正常工作期間，放大器輸出的 DC 分量為 VCC 電源的一半（本例中 VCC 為 5V，因此工作在 2.5V）。11V 閘驅動電壓使 MOSFET 完全導通，分流穩壓器輸出關閉，因為它的反饋輸入端 Pin 5 低於其內部的 0.6V 閾值電壓。如果兩個輸出的任一個超過 5V，則電流經由 D3 流入分流器 R5/R6，將反饋端拉高到閾值之上。然後，分流穩壓器輸出將 MOSFET 閘電壓從 11V 拉到接近於地，使 MOSFET 關斷，阻止高壓進入放大器。MOSFET 能承受連續的輸出電壓，當移除了該短路後，電路就回到正常的工作狀態。由於電路不能即刻地響應，齊納二極體 D1 和 D2 在故障開始時提供保護。
圖 2 中的波形表示一個工作中的電路。放大器的一個輸出（波形 1）是偏置在 2.5V 直流電壓上的一個 1 kHz 正弦波。波形 2 是線束上的信號。開始是一個偏置在 2.5V 直流電壓上的 1 kHz 正弦波，但在 200 µsec 處，它短接（short）到 18V 電壓。波形 3 是分流穩壓器的輸出，開始偏置在 11V，但對過壓的情況作出回應，而拉至地。波形 4 是線束的電流。這一電流開始是一個正弦波，然後對過壓情況作出回應而掉到零。
圖 1 中的元件將此一電路優化而適合在5V工作。對於其他電壓，可以調整 R5/R6 的阻值。分流穩壓器必須能夠工作在飽和狀態下，因此除了分流輸出接腳以外，還需要一個獨立的電源接腳。該電路可反覆承受 28V 的短路，而不會受到破壞。


圖片說明

圖 1 圖中的輸出保護電路可為過壓故障提供連續的保護。

圖 2 在圖 1 中，當外部端子意外接觸到 18V 電源電壓時（波形 2），IC1 的兩個音頻輸出之一（波形 1）便獲得保護。


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Figure 1

Figure 2
 
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