電子保護(hù)電路完整指南（圖文詳解）

所有電子設(shè)備都需要保護(hù)電路。顧名思義，它們用于保護(hù)電源免于被迫提供過(guò)大電流導(dǎo)致過(guò)載或短路，或者保護(hù)連接的電路免受反向連接電源或超過(guò)電路設(shè)計(jì)電壓的電壓的影響。它們可以分類如下：

過(guò)壓保護(hù)

“crowbar”電路（如圖 1 所示）可以保護(hù)您的設(shè)備免受過(guò)壓影響。在正常使用中，12V 電源通過(guò)反向保護(hù)二極管和保險(xiǎn)絲進(jìn)入輸出端。齊納二極管選的稍微高一點(diǎn)；在這種情況下，15V。當(dāng)輸入電壓達(dá)到 15V 時(shí)，齊納二極管導(dǎo)通，在 R2 兩端建立電壓。當(dāng)這達(dá)到 SCR 的觸發(fā)電壓（小于 1V）時(shí)，SCR 觸發(fā)，在輸入端造成短路，從而導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。C1 確保由開(kāi)關(guān)瞬變引起的尖峰不會(huì)觸發(fā) SCR。SCR 和齊納二極管必須能夠承受突如其來(lái)的浪涌電流，直到保險(xiǎn)絲熔斷。

圖 1：Crowbar 過(guò)壓保護(hù)

上述電路的PCB

圖 2 顯示了幾乎相同的電路，只是齊納二極管已被稱為TL431 精密可編程參考的可編程齊納二極管 (U1) 取代。通過(guò)使用 R6 改變其輸入端的電壓，您可以設(shè)置觸發(fā)電壓，從而提供更大的靈活性。最后，圖 3 顯示了添加到穩(wěn)壓器和保險(xiǎn)絲熔斷指示器的相同電路以及已完成項(xiàng)目的圖片。

圖 2：可編程過(guò)壓保護(hù)

圖 3：具有過(guò)壓保護(hù)功能的穩(wěn)壓器項(xiàng)目

上述電路的完整PCB

發(fā)生的另一種過(guò)壓形式是電源線上的瞬態(tài)尖峰。這些更可能是交流電源電源端的問(wèn)題。一種常用的解決方案是在電源上放置一個(gè)金屬氧化物變阻器 (MOV) 。MOV 就像一個(gè)高阻值電阻器（幾百 K），它對(duì)電壓的增加反應(yīng)非常迅速。在瞬態(tài)下降期間，其電阻低到足以避開(kāi)尖峰。請(qǐng)參見(jiàn)下面的圖 4。

過(guò)流保護(hù)

在之前的文章中，我們研究了穩(wěn)壓器以及如何限制電流?，F(xiàn)在讓我們?cè)倏匆幌隆?/p>

在圖 5 中，Q8 是由 Q10 和 D8 調(diào)節(jié)的主傳輸晶體管。過(guò)流部分是R19和Q9。如果Q9的基極和發(fā)射極之間的電壓達(dá)到0.6V，Q9開(kāi)始導(dǎo)通。然后，這會(huì)從 Q8 的基極“奪走”電流，使其開(kāi)始關(guān)閉。訣竅是將 R19 設(shè)計(jì)為在截止電流處下降 0.6V。所以如果我們想在 2A 時(shí)切斷，R=V/I = 0.6/2 = 0.3 或 0.33Ω。因?yàn)樗休d著滿載電流，所以它應(yīng)該承受它，也許是 5W 類型。

請(qǐng)注意，您必須在預(yù)計(jì)會(huì)運(yùn)行得有點(diǎn)熱的組件上留出引線長(zhǎng)度，并增加 PCB 焊盤的面積。此外，焊接它以大大提高它們的散熱能力（但不要用射頻組件這樣做?。?/p>

圖 5：具有過(guò)流保護(hù)功能的穩(wěn)壓器

其他過(guò)流保護(hù)

當(dāng)然，還有其他過(guò)電流裝置，例如用于更大交流電流的保險(xiǎn)絲和斷路器，也許在您的家庭電源中。

保險(xiǎn)絲只是一種特殊的細(xì)線，會(huì)迅速升溫并熔化。已經(jīng)向它們添加了各種裝置，例如拉力彈簧，以減慢它們的熔斷速度，并在保險(xiǎn)絲周圍撒上粉末，以防止熔斷時(shí)玻璃破碎。通常選擇額定電流為正常電流的 150% 的保險(xiǎn)絲

斷路器本身就是一個(gè)話題。但簡(jiǎn)單地說(shuō)，它們是簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，具有觸發(fā)它們的機(jī)制。在傳統(tǒng)的斷路器中，這是一個(gè)雙金屬片，電流通過(guò)它流動(dòng)并在加熱時(shí)彎曲。然后將其機(jī)械連接到跳閘機(jī)構(gòu)并在特定電流下跳閘。斷路器還有一個(gè)小電感元件，因此可以使斷路器在過(guò)載時(shí)緩慢跳閘或在短路時(shí)快速跳閘。這是一段展示慢動(dòng)作跳閘的精彩視頻。

反接保護(hù)

反極性保護(hù)是最容易實(shí)現(xiàn)的。輸入電源路徑中的一個(gè)簡(jiǎn)單二極管就可以了。但這需要有適當(dāng)?shù)碾娏黝~定值。在圖 6 中，1N4006 具有 1A 的額定電流和 800V 的 PIV（反向峰值電壓），因此這對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)應(yīng)該足夠了。二極管會(huì)導(dǎo)致 0.6 至 0.7V 的恒定電壓降，但這應(yīng)該不是問(wèn)題。但是，如果您的電路需要在非常低的電壓下工作，那么串聯(lián)二極管上的 0.6V 壓降可能會(huì)成為問(wèn)題。在這種情況下，圖 6（右側(cè)）顯示了一個(gè)分流二極管。

當(dāng)輸入電壓反接時(shí)，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷。它確實(shí)有效，但有一些事情需要注意，例如二極管必須在保險(xiǎn)絲熔斷所需的時(shí)間內(nèi)處理電源的全部電流容量。這將是可觀的，并且至少需要5A至10A的二極管。

圖 6：反向電壓保護(hù)

反電動(dòng)勢(shì)反極性保護(hù)

還有另一種形式的反向極性會(huì)在您意想不到的情況下發(fā)生。任何時(shí)候承載電流的電感被關(guān)閉，電感中存儲(chǔ)的磁場(chǎng)都需要崩潰，它會(huì)嘗試在其端子上反向進(jìn)行。不僅如此，它可能是數(shù)百伏。（這就是老式汽車火花塞的工作原理。）您還可以使用跨電感的反向二極管來(lái)保護(hù)您的設(shè)備免受這種反電動(dòng)勢(shì)的影響，如圖 7 所示。請(qǐng)注意，二極管應(yīng)具有高 PIV 額定值，并且1N4006 就足夠了。