如何保护电路免受过压？过压保护电路原理解析

如何保护电路免受过压？过压保护电路原理解析过压保护，是指被保护线路电压超过预定的最大值时，使电源断开或使受控设备电压降低的一种保护方式当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出电压超过设计阈值时，为保护后级用电设备防止损坏，将输出电压限定在安全值范围内下文将详细介绍过压保护、过压保护原理以及过压保护电路

一、过压保护是什么意思过压保护是一种电源功能，当输入电压超过预设值时会切断电源，为了防止高压浪涌,通常会一些过压保护方法大多数电源都使用过电压保护电路来防止损坏电子元件过电压条件的影响因电路而异，范围从损坏组件到降低组件性能并导致电路故障或火灾由于电源内部故障或配电线路等外部原因，电源可能会出现过压情况过电压的幅度和持续时间是设计有效保护时的一些主要考虑因素保护涉及设置阈值电压,高于该阈值电压时，控制电路将关闭电源或将额外电压转移到电路的其他部分，例如电容器

二、过压保护电路关于过压保护，方法还是有许多的，这里主要介绍以下几种

1、使用充纳二・极管的过压保护电路

2、晶闸管撬棒SCR Crowbar过压保护电路

3、电压钳位过・・压保护

4、电压限制・

三、使用齐纳二极管的过压保护电路在使用齐纳二极管的过压保护电路中，齐纳二极管和双极性晶体管用于自动过压保护，可以通过两种方式实现•齐纳稳压电路这种方法通过提供稳压电压来调节输入电压并保护电路免受过压，但当电压超过安全限制时，它不会断开输出部分，将始终收到小于或等于齐纳二极管额定值的输出电压•齐纳二极管过压保护电路在过压保护的第二种方法中，每当输入电压超过预设水平时，它就会断开输出部分或负载与电路的连接

1、如何保护电路免受过压考虑下图，我们需要微控制器的过电压保护微控制器可以是任何在10引脚上具有最大5V额定值的东西因此，超过5V可能会损坏微控制器微控制器的过电压保护上述电路中使用的齐纳二极管为

5.IV稳压二极管它会在过压情况下正常工作如果电压大于

5.IV,齐纳二极管将通过电通并控制电压高达

5.IVo但低于

5.IV,齐纳二极管将像普通二极管一样工作并阻断下图是齐纳二极管保护电路的仿真齐纳二极管保护电路的仿真上面的原理图有一个输入电压，它是VE R1和D2是保护输出免受过压保护的两个组件在这种情况下，D2,1N4099是一个

6.8V齐纳二极管如果VI超过

6.8V,输出将受到保护由于1N4099的

6.8V参考电压，输出将保持最大

6.8V现在看看上述电路如何充当齐纳二极管输入保护电路O并保护输出免受超过

6.8V的电压影响齐纳二极管输入保护电路在VI上的6V输入电压期间，输出保持恒定在

5.999V（即

6.0V）齐纳二极管输入保护电路在上述仿真中，输入电压为

6.8V因此，输出为O

6.785V,接近

6.8V让我们进一步增加输入电压并产生过压情况O齐纳二极管输入保护电路现在，输入电压为

7.5V,高于

6.8V现在输出仍然是

6.883V这就是齐纳二极管如何有效地将连接的电路从过压情况中拯救出来，O而且当电压回到低于

6.8V时，电路将再次正常工作，如上一步所示这意味着，与保险丝不同,齐纳二极管即使在过压情况下也不会损坏在上述电路中，可以使用

3.3V、

5.IV、

9.IV、

10.2V等不同值的任何其他齐纳二极管来选择不同的过压裕

2、齐纳稳压电路齐纳稳压器可保护电路免受过压影响，并调节输入电源电压使用齐纳稳压器进行过压保护的电路图如下齐纳稳压电路电路的预设电压值是电源断开或不允许任何高于该值的电压的临界值这里的预设电压值是齐纳二极管的额定值比如，我们使用的是

5.IV齐纳二极管，那么输出电压不会超过

5.Ivo当输出电压增加时，基极-发射极电压降低，由于这个晶体管Q1导通较少由于Q1导通较少，它会降低输出电压，从而保持输出电压恒定输出电压定义为V0=VZ-VBE-VO是输出电压VZ是齐・纳击穿电压VBE是基极-发射极电压・

3、使用齐纳二极管的过压保护电路下面的过压保护电路图是使用齐纳二极管和PNP晶体管构建的当电压超过预设水平时，该电路会断开输出预设值是连接到电路的稳压二极管的额定值甚至可以根据合适的电压值更改齐纳二极管该电路的缺点是你可能找不到齐纳二极管的确切值，因此请选择与您的预设值最接近的额定值1）所需材料•FMMT718PNP晶体管-2个•齐纳二极管

5.IV（1N4740A）-Inos.•曳阻（Ik、

2.2k和

6.8k）-1个（每个）•面包板•连接电线2）过压保护电路过压保护电路图3）过压保护原理当电压低于预设电平时，Q2的基极为高电平，由于它是一个PNP晶体管，它关闭并且，当Q2处于关闭状态时，Q1的基极端子将为低电平,它允许电流流过它现在，当电压超过预设值时，齐纳二极管开始导通，将Q2的基极接地并打开Q2当Q2导通时，Q1的基极端子变为高电平并O且Q1导通，这意味着Q1充当开路开关因此，Q1不允许电流流过它并保护负载免受超过电压的影响现在我们还需要考虑晶体管上的电压降，它应该很低以保证电路的正确精度所以我们使用了FMMT718PNP晶体管，它表现出非常低的VCE饱和值，因此晶体管上的电压降很低

4、如何选择用于过压保护的齐纳二极管？下一个重要部分是选择齐纳二极管值，主要有以下几个方面1）选择齐纳二极管的电压这是齐纳二极管将充当闭合电路并保护负载免受过压影响的电压值对于上面的示例，齐纳电压为

6.8V在某些情况下，目标齐纳二极管电压不可用O在这种情况下，可以选择接近值的齐纳二极管例如，对于高达7V的过压保护，

6.8V齐纳二极管是一个接近值2）计算连接在过压保护电路两端的负载电流对于我们上面讨论的示例，它是50mAo除了负载电流，齐纳二极管还需要偏置电流因此，总电流应等于负载电流加上齐纳二极管偏置电流对于上面讨论的例子，它可以是总电流=50mA+10mA=60mA3）齐纳二极管具有额定功率因此，适当的散热需要适当的额定功率齐纳二极管额定功率可以根据步骤-2中计算的总电流（60mA）计算得出因此，齐纳二极管的额定功率等于齐纳二极管的电压，与流过二极管的总电流有关对于我们上面的例子，额定功率=

6.8V x

0.060=

0.408瓦因此，一个500mW的齐纳二极管就足够了4）通过微分源电压和一般电压来计算电阻值源电压将是可以施加到电路的最大值例如，可能发生或可以作为电源电压施加的最大过电压可以是13V因此，电阻两端的电压降将为=13V-

6.8V=

6.O2V根据欧姆定律，电阻值将为=

6.2V/

0.060A=103R可选择标准值100R电阻

四、晶闸管撬棒（SCR Crowbar）过压保护电路顾名思义，撬棍电路会在出现过压情况时在电源输出端短路，这会将输出线短路到地通常晶闸管，即SCR用于此目的，因为它们可以切换大电流并保持导通状态，直到任何电荷散去晶闸管可以连接回保险丝，该保险丝会熔断并隔离调节器，使其不会承受任何进一步的电压

1、晶闸管撬棒过压保护电路晶闸管撬棒过电压保护电路在此电子电路设计中，选择了齐纳二极管，使其电压高于输出的正常工作电压，但低于会发生损坏的电压

2、晶闸管撬棒过压保护原理在这种状态下，没有电流流过齐纳二极管，因为尚未达到其击穿电压，并且没有电流流入晶闸管的栅极并保持关闭状态电源将正常工作如果电源中的串联传输晶体管发生故障，电压将开始上升-单元中的去耦将确保它不会立即上升随着它的上升，它将上升到齐纳二极管开始导通的点以上，电流将流入晶闸管的栅极，导致其触发当晶闸管触发时，它会将电源的输出短路到地，以防止损坏其供电的电路这种短路也可用于烧断保险丝或其他元件，切断电压调节器的电源，并使设备免受进一步损坏通常在晶闸管的栅极与地之间放置一些小更匿形式的去耦，以防止尖锐的瞬变或来自正在供电的单元的RF进入栅极连接并导致寄生触发然而，这个电容不应做得太大，因为它可能会在实际发生故障的情况下减慢电路的启动速度，并且保护可能会太慢

3、关于晶闸管Crowbar过压保护的注意事项晶闸管或SCR,可控硅整流器可用于在电源电路中提供过压保护通过检测高压,电路可以触发晶闸管以在电压轨上设置短路或短路器，以确保它不会升至高电压

五、电压钳位过压保护另一种非常简单的过电压保护形式使用称为电压钳位的方法在其最简单的形式中，它可以通过使用放置在稳压电遮输出端的齐纳二极管来提供选择略高于最大轨电压的齐纳二极管电压，在正常情况下它不会导通如果电压升得太高，它将开始导通，将电压钳位在略高于轨电压的值如果稳压电源需要更高的电流能力，则可以使用带有晶体管缓冲器的齐纳二极管这将增加简单齐纳二极管电路的电流能力，增加的系数等于晶体管的电流增益由于此电路需要功率晶体管，因此电流增益水平可能较低-可能为20-50o齐纳二极管过压钳位（a）-简单的齐纳二极管，（b）-带晶体管缓冲器的更高电流

六、电压限制当开关模式电源需要过压保护时，由于功率耗散要求以及组件的可能尺寸和成本，SMPS钳位和短路器技术的使用不太广泛幸运的是，大多数开关模式稳压器在低电压条件下失效然而，在出现过压情况时设置电压限制功能通常是比较常见的做法这通常可以通过检测过压条件并关闭转换蛰来实现这尤其适用于DC-DC转换器的情况实现这一点时，有必要在主IC稳压器外部加入一个感测回路一一许多开关模式稳压器和DC-DC转换器使用一个芯片来实现大部分电路使用外部感测回路非常重要，因为如果开关模式稳压器芯片损坏导致过压情况，感测机制也可能损坏不过这种形式的过电压保护需要特定于所用特定电路和开关模式电源芯片的电路小结过压保护电路主要用于当开关电源内部稳压环路出现故障或者由于用户操作不当引起输出电压超过设计阈值时，为保护后级用电设备防止损坏，将输出电压限定在安全值范围内本文详细介绍了过压保护原理、过压保护电路原理以及过压保护电路的构建，希望对读者有所帮助。