东北电力大学自动化工程学院学士学位论文
第5章 过流保护系统设计
5.1 PT7M6lOl的结构及工作原理
PT7M6lOl是PerIComTechnology(百利通)公司的新产品，是一种可检测lOOmV超低电压的电压检测器。与一般电压检测器不同的是，它有独立的电源输入端VCC，供器件内部电路用，它是一种四端器件，如下图所示。图中Vcc是外接电源输入端、IN是被检测的电压输入端、GND是电源负端、OUT是检测结果输出端，输出电平信号[10]。
如图所示：
图5.1 PT7M6lOl引脚图
该器件的输出级有CMOS(推挽输出)及开漏输出两种结构。在CMOS输出结构中，又分成检测电压超过1OOmV时，输出为低电平的，称为CL型(在型号后缀中用CL表示)；在检测电压超过lOOmV时)输出为高电平的称为CH型；在型号后缀中用CH表示)。开漏输出型在输入超过1OOmV时，输出低电平，称为NL型。三种不同结构如下图5.2所示[11]。
下面以CH型为例说明其工作原理。该器件由一个带滞后电压的比较器、反相器及由一个P-MOSFET及一个N-MOSFET组成的推挽输出级组成。被检测的电压输入比较器的同相端，1OOmV的基准电压输入比较器的反相端，比较器的输出电平信号经反相后输入输出级。当输入的检测电压从OmV升到1OOmV前，比较器输出低电平，经反相器输出高电平。这高电平使输出级的P-MOSFET截止，而使N-MOSFET导通，使OUT端输出低电平；当输入的检测电压上升到大于lOOmV后，比较器输出高电平，经反相器反相后输出低电平。这个低电平使输出级的N-MOSFET截止，而使P-MOSFET导通，则OUT输出
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第5章 过流保护系统设计
为高电平。即Vin>1OOmV，使Vout为高电平(H)的)称为CH型。CL型、NL型的工作原理读者可自行分析[12]
图5.2 CL型 CH型 NL型
当Vin>1OOmV后，若Vin电压下降到1OOmV时，0叶端输出仍为高电平，一直要到Vin降到90mV时，Vout才由高电平跳变到低电平，即有1OmV的滞后电压。这滞后电 压可避兔输入的检测电压有一些纹波电压时，使输出产生震荡[13]。CH型的输入输出特性如下图所示(其中箭头表示跳变的方向)。
图5.3 CH输入输出特性
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PT7M6101有SC70-4、SOT23-5及TO94三种封装供用户选择，分别用型号后缀C4、TA及N表示。例如CH型SOT23-5封装的型号为PT7M61O1CHTA。三种不同封装的引脚排列如下图所示。
图5.4 SC70-4、SOT23-5、TO94封装
PT7M61O1的主要参数：工作电压范围0.9~5.5V；静态电流大小与工作电压Vcc有关：Vcc=1.2V时为7.5μA、Vcc=1.8V时为9μA、Vcc=3.6V时为l6μA：检测电压的阆值电压VTH=lOOmV，在工作温度范围内，其精确度在lOOmV±3%范围内；推挽输出为高电平时，Vout≥0.8Vcc，输出为低电平时，Vcc≤0.2Vcc；滞后电压典型值为1OmV；工作温度范围为-40~+85℃。
5.2过流保护电路及工作原理
过流保护电路如下图所示。
图5.5 过流保护电路原理图
它是由P-MOSFET(VT1)、负载电阻（RL)、电流检测电阻(Rs)、CH型电压检测器(PT7M6101CHTA)、继电器(J)、驱动三极管(VT2)及LED等组成。其工作原理如下：接通
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第5章 过流保护系统设计
电源开关以后，若工作电流正常时，VT1的栅极G经全申，器的常闭触头后接地，使VT1的Vgs=5V，VT1导通，5V电源经VT1后给负载RL供电，工作电流为Il(小于最大允许电流Ilmax负载电流Il流过Rs后，在Rs上的电压Vrs=Il×Rs<1OOmV。则CH型电压检测器输出低电平，VT2截止，继电器不吸合，LED也不亮，继电器的常闭触头接地，保证负载正常工作0一旦负载电流超过最大允许电；充IL叩x,则流过Rs后的压降Vrs>lOOmV，电压检测器(CH型)输出高电平[14]。这个高电平使VT2导通，继电器得电吸合，常闭触头断开，常开触头接地。这样使VTI的栅极G与源极S经过R1接在一起，Vgs=0，VT1截止；与此同时，常开触头接地，使继电器自保(保持吸合状态)，LDE亮。VT1截止，使RL的Il≈0，Vrs≈OV，CH型电压检测器的输入Vin=OV，其输出Vout也为低申，平)则VT2截止，但继电器J因自保，保持了负载电源的断开，并且LED一直亮着，指示出已发生了过流状态。
电路在检测后，排除过流故障后，再合上电源开关K，电路又恢复正常。上图中C1是防止在有过流发生时避免继电器发生震荡而设置的。有关参数的计算及选择
（1）电流检测电阻Rs的计算与选则：负载的正常工作电流为IL，最大的允许工作电流为Imax。Imax是根据负载的工作情况来设定。当Imax设定后，Rs可按Rs=lOOmV/Imax(A)计算，例如，Imax设定为2A,则Rs=100mV/2A=50mΩ。Rs可选择高精度采样电阻，其标准阻值为0.010、0.0150、0.020······。功耗为2W。不可采用一般的贴片式电阻，其误差太大会影响电路精确度。
（2）VT1的选接:VTI为P- MOSFET其要求为:VT1的Vds要大于电源电压；其漏极电流Id要大于Imax；并且要选择其导通电阻Rds(on)。在本例中，选择型号为Si9934DY的双P-MOSFET。其主要参数如下：Vds=12V、Vgs=4.5V时，Rds(on)=0.05Ω，Id=±5A。该
P-MOSFET为8引脚SO-8封装，内部有两个独立的P-MOSFET。如果将内部两P-MOSFET并联，则其Rds(on)减小一半，而Id增加一倍，Rds(on)=0.025Ω，Id=±1OA。Si9934DY的引脚排列如下图所示[15]。
图5.6 Si9934DY引脚图
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例如，Il=4A，Rds(on)=0.02Ω，则在VT1上的压降Vdp=Il×Rds(on)=4A×0.02Ω，即Vdp=0.01V。其功率损耗Pd=Vdp×Il=0.1V×4A=0.4W由上述计算可知，在VT1上的电压降及功率耗损是很小的。实际上Rds(on)=0.05Ω是Vgs=4.5V时的值，现Vgs=5V时。并联后的Rds(on)值小于0.055Ω的。则Vdp与Pd会更小一些。
（3）继电器J的选择由于继电器触头通过的电流极小可采用超小型直流小功率电磁继电器，其额定电压为50mV。寿命>10的5次方。
5.3电路模块
由于该电路简单、尺寸不大，有一定的通用性，有可能做成模块，如下图所示。Vdd为电源输入端，GND为地，Vl与Vdet之间接Rl,Vdet与GND之间接Rs。
如图所示
图5.7 过流保护电路模块
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