有效的过压保护解决方案:使用SSR进行音频放大器的过压保护

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在测试与测量应用中,必须为放大器、电源和类似元件的输出端子提供过压保护。完成此任务的常规方法是在电源轨或其他阈值电压上添加带有输出节点的串联电阻器以及箝位二极管(参考图1)。该电阻器显著降低了电流输出能力和低电阻负载的输出电压摆幅。另一种方法是使用保险丝或其他限流器件,这些器件先于这些夹具的高能量吸收能力。图 2 中的电路在源电阻器 R 两端的电压降时用作双极电流源6变得大于耗尽型 MOSFET Q 的栅极阈值电压1和 Q2,从而限制了通过箝位二极管的电流。这种方法的缺点是在过载情况下串联元件的高功率耗散。
 
Fig_1_Eng
图 1. 提供过压保护的常规方法是在输出节点中添加
串联电阻器以及箝位二极管,以用于电源轨或其他
阈值电压。
一种合理的方法是在输出端子上存在过载电压的时间段内断开放大器输出节点与输出端子的连接。几十年来,工程师们一直在音频功率放大器中使用这种通过机电继电器进行串行断开,但原因不同:扬声器保护。SSR(固态继电器),包括光电、光伏、OptoMOS 和 PhotoMOS 器件,由于控制和负载引脚之间具有电流隔离,因此适合在中等电流水平下进行负载断开的任务。
 
Fig_2_Eng
图 2. 当源电阻 R 两端的电压降时,该电路用作双极电流源6变得
大于耗尽型 MOSFET Q 的栅极阈值电压
1和 Q2,从而限制通过箝位二极管的电流
 
图 3 中的串联保护电路使用串联的高压 SSR 断开放大器输出端子。将输出电压提高到正参考电压以上或低于负参考电压阈值会导致 IC2或 IC3比较器改变其输出状态并关闭 SSR IC4通过 AND 逻辑单元 IC5.图 4 显示了这种方法的简单电路实现。
 
Fig_3_Eng
 
图 3. 该串联保护电路使用串联的高压 SSR 断开放大器输出端子。
图 4 中的电路只需要几个外部元件即可使用 SSR 进行输出过压保护。上升的过电压会关闭 IC 中的两个晶体管2,中断流经 IC 控制 LED 的电流3.继电器 IC3打开,保护放大器和钳位二极管。该电路使用少数 Clare、Matsushita Electronic Works 和 Panasonic SSR 进行了测试,带和不带内部电流保护。电源轨为 ±15 V;R10、 R11和 R12设置触发电平,等于 ±16 V。省略 R11将触发电平移至 ±14.5 V。对于具有 0.5 V 过压保护的继电器,保护电路工作中的 SSR 关断延迟为 100 至 200 μs,随着过电压的增加,延迟会略短。请注意,使用低导通电阻 SSR 时,通过箝位二极管的峰值电流可能相当高。
 
Fig_4_Eng
图 4. 该电路只需要几个外部元件即可使用 SSR 进行输出过压保护。

 

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