能源与电源管理电路——过压保护电路

参考教程https://www.bilibili.com/video/BV1YJ4m1g7i7/?spm_id_from333.1387.favlist.content.click一、过压保护电路的背景1、过压的概念1当电路电压产生异常可能会引起电路重启或误动作比如电路某处电压过高单片机检测到电压异常会直接重启电路或者做出其它保护电路的行为。2当元件承受的电压超出其安全阈值可能会被损坏。2、可能发生过压的情况1电路中可能产生静电它是一种瞬时高压电压值高、放电时间短会激发瞬时过电压。2重型设备启停、感性负载通断、电路短路瞬间会激发瞬时过电压形成电浪涌浪涌峰值电压通常不及静电但持续时间更长、冲击能量更大对电路器件具备更强的破坏能力。3电源到目标板的电压过高通常由前级的电源输出异常或者人为插错电源引起。二、几种过压保护电路介绍1、双PNP三极管过压保护电路1适用场合小功率直流电路。2下图所示的是双PNP三极管过压保护电路原理图核心控制元件是三极管Q2和齐纳二极管D2电路主开关是Q1。3双PNP三极管过压保护电路的工作原理①当电源电压输入为4.5~5.1V时齐纳二极管D2反向截止三极管Q2截止三极管Q1的基极电压为0VQ1导通电路正常工作。②当电源电压输入大于5.1V时齐纳二极管D2被反向击穿三极管Q2基极电压被钳位在5.1V当电源电压大于5.7V时三极管Q2导通三极管Q1的基极电压等于VCCQ1截止电路的电源回路被切断实现过压保护的效果。2、LM393延时继电器过压保护电路1适用场合大功率直流电路。2下图所示的是LM393延时继电器过压保护电路原理图核心控制元件是LM393电压比较器。①LM393电压比较器的输入输出关系当xINxIN-时xOUT输出低电平当xINxIN-时xOUT输出高电平。②TL431为1IN提供2.5V电压基准分压网络RP1、R7对输入VCC采样采样电压送入LM393比较器1IN引脚通过调节RP1的阻值可调整电路的过压判断阈值下面介绍工作原理时假定电源过压阈值为14V。③当电源电压输入为12V时电压在正常范围内电路正常工作当电源电压输入大于14V时电压异常继电器断开电源回路后续即使电压恢复也需要手动复位电路才能使电路继续正常工作。3LM393延时继电器过压保护电路的工作原理①当VCC低于14V时LM393的1IN电位低于2.5V1OUT输出低电平晶闸管Q3不导通继电器不动作主电路正常接通。②当电源电压输入大于14V时LM393的1IN电位高于2.5V1OUT输出高电平晶闸管Q3导通继电器动作主电路断开。③由于晶闸管Q3无法主动关断只有待晶闸管两端电压呈反偏时晶闸管才能够关断即使电路电压恢复正常继电器还是持续保持打开状态电路不会自动恢复。3、TVS管过压保护电路1TVS管过压保护电路主要针对静电和浪涌这类瞬时过压。2按照极性区分TVS可分为应用在直流电路的单向TVS和应用在交流电路中的双向TVS下面主要介绍单向TVS下图所示的是单向TVS管过压保护电路原理图。3单向TVS的工作原理①当电路正常工作时TVS处于关断截止状态。②当电路出现静电或者浪涌等异常过压时TVS两极间的电压由额定反向电压上升到击穿电压而被击穿TVS瞬间从高阻状态突变为低阻状态泄放由于异常过电压导致的异常过电流同时把异常过电压钳位在后级电路可承受的安全水平。③当异常过电压消失TVS恢复为高阻状态。