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电路设计之过压保护电路

2019年11月26日 10:11

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电路设计常用直流电源

在很多的电子产品设计中,电源部分是极为重要的,也是很容易损坏的。一方面是输入的电源极性错误,这个我们之前的文章,也介绍了一部分防止极性发生错误的电路。另外一方面是输入的电压过高。下面我们主要讨论如何简单、可靠的解决电路设计这个问题。

比如在电子器件电源前端的电源不稳定,如汽车电瓶在汽车启动时,会产生很大的浪涌电压。对于此类过压电源的保护,一般采用TVS管去保护。一般应保证TVS管应工作在后端电源芯片器件的正常电压VCC以上,最大工作电压Vmax以下。

TVS管应用电路

工作原理:直流电压输入的时候,有时由于供电环境的变化会带来一些瞬时脉冲。而要消除瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引到地,一般具体做法是将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被短路到GND,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。而当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路又回到正常电压状态。

TVS管伏安特性曲线

电路设计选择时,应注意VR>V0,且VC<Vmax。以保证TVS管正常工作时,这样电压正常,TVS管不工作时不会消耗电流大,同时电压过高时,TVS管工作时可以正常保护后端器件不会损坏。

相对于浪涌电压,脉冲电压的能量不大,电压不高较长,对于器件对电压的反应能力要求反而不高。

此时我们需要用稳压二极管稳压。

电路设计

电路设计稳压电路的用法

正确选取限流电阻R的阻值,是使稳压电路正常工作的前提。

1、在负载电路空载时,使流过稳压二极管Dz的电流不超过其最大耐受值而损坏;

2、在最大负载时,仍要保障流过Dz的电流超过最小击穿电流值,仍其仍处于击穿工作区。

从稳压二极管的安全出发,只要限制其流通电流不超过稳压二极管最大反向耐受电流,电路元件就不会有损坏的危险。稳压二极管的正常工作区,是指在一定的流通电流条件下,工作于其反向击穿状态下。此时在较大的电流变化区域内,其端电压变化值是较微小的,甚至可以忽略不计。

工作原理如下:

当RL固定不变,只有输入电压变化(例如升高)时,为了维持Uo不变,此时RDz的电阻值往小处变化,对供电电流的分流能力增强,以使Uo回落,保持原值不变;

当输入电压不变,负载电阻RL变化时(例如变小),负载电流的增大使Uo有低落的趋势,此时RDz的电阻值增大,分流减小,使Uo上升至原值。

稳压二极管工作特性曲线

在电子设备的充电器中,特别是有一些12V充电器会被误认为5V的充电器,在对5V设备充电时会烧坏设备,此时我们便需要防止误操作产生的过压损坏。

5.8V过压保护电路

左边是个PNP三极管的开关电路,当A点的电压超过5.8V,三极管导通。于是C处有电压,使MOS管关闭。当A点的电压低于5.8V,三极管断开。C处无电压。MOS管常开。

注意,AB两点间的电阻选择,不可以太大,太大会让三极管无法工作。太小容易使稳压管烧坏。


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