過壓保護(Over-Voltage Protect,OVP) 電路主要用在需要額定電壓供電電源的輸入端,用于防止輸入電壓過高而造成電路系統元器件或引起的連帶事故!
任何電子元器件都有其可以承受的最大額定工作電壓,一旦超出最大耐壓范圍,則很有可能損壞,這與人承受過大的壓力引起的后果是大致相同的。
比如,鋁電解電容兩端的電壓超過額定值將可能有爆炸風險,如下圖所示:(來自VISHAY 鋁電解電容038 RSU數據手冊)
我不記得是誰說過這句話了:下雨天XXX和音樂更配哦!如果說鋁電解電容爆炸時的“鞭炮聲”還不足以讓你驚呆的話,那鉭電容過壓后放出的“煙花”應該能讓你永生難忘。
鉭電容過壓后的產生的“煙花”危害比鋁電解電容爆炸時產生的“鞭炮聲”更大,鋁電解電容爆炸最多使內部電解液急速汽化膨脹,沖破頂部的防爆紋而擊發出來,大不了電路無法工作,客戶退貨就退唄,勞資不缺這點錢,而鉭電容輕則燒毀冒煙,重則火光四濺產生明火,這很容易釀成火災事故!
哥這可不是嚇唬你,以前呆過的一家XX公司發生過這種事,手持類電子產品由于鉭電容燒毀,塑料外殼都幾乎熔化了,要是放在你手上還了得,簡單就是一個便攜式燃燒彈,一旦這種事故擴散到市場,后果你自己展開豐富的想象力吧~~
大多數集成芯片也不能承受過高的電壓,我們看看單片機的數據手冊,如下圖所示:(來自STM32單片機數據手冊)
電源類芯片一般內部都集成OVP電路,如下圖所示(來自TI芯片LM78XX數據手冊):
上圖中,當輸入電壓VIN過高時,穩壓二極管D2反向被擊穿后,對三極管Q14的基極注入電流使其飽和導通,繼而將三極管Q15的基極電流分流而使其截止。
過壓保護電路的具體形式有很多,比如使用比較器、ADC、專用芯片等等,無外乎是對輸入電壓進行采樣-比較-控制的思路,本文不再贅述了,這里我們僅討論穩壓二極管在過壓保護電路中的應用。
首先來個最簡單暴力的,就是一個穩壓二極管加一個熔斷保險絲,如下圖所示:
當電壓過高導致穩壓二極管反向擊穿后,與保險絲F1形成低阻回路,電流急劇升高后燒斷保險絲,第一個回合打完收工JJ!
需要注意的是:穩壓二極管D1應選擇功率大點的,不然電流上升后非但沒把保險絲燒掉,還先把自己給報銷了,到時候賠了夫人又折兵,可千萬不要跟別人傳播是從《電子制作站》公眾號學來的,我們只是一個討論放鞭炮與煙花的危害,再有點工夫就研究一下三國演義的公眾號而已,么么噠~~
下面介紹一個實際工作中常用的過壓保護電路,如下圖所示:
假設保護的電壓上限是24V(選擇對應穩壓值的穩壓二極管D1),當輸入電壓 Ui低于24V時,穩壓二極管D1沒有擊穿而處于截止狀態,因此,三極管Q1的基極通過電阻R1與R2上拉到電源U i ,三極管Q1因基-射極同電位而處于截止狀態,場效應管Q2因電阻R3與R4對輸入電壓 Ui分壓,滿足柵-源開啟電壓 VGS而導通,如下圖所示:
而當輸入電壓Ui大于24V時,穩壓二極管D1因反向被擊穿而使陰極穩定在24V,三極管Q1的基-射電壓一旦大于閥值電壓則開始導通,相當于將場效應管的柵級G與源極S短接,繼而導致場效應管Q2截止,輸出電壓Uo沒有輸出,如下圖所示:
有些工程師也在三極管Q1的基-射極反向并聯一個穩壓二極管D2,意在限制限制三極管Q1的基-射電壓超出極限值,其穩壓值低于三極甜B-E結所能承受的電壓范圍,如下圖所示:
你認為這個穩壓二極管D2能起到保護作用嗎?
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