电子保护电路完整指南（图文详解）

所有电子设备都需要保护电路。顾名思义，它们用于保护电源免于被迫提供过大电流导致过载或短路，或者保护连接的电路免受反向连接电源或超过电路设计电压的电压的影响。它们可以分类如下：

过压保护

“crowbar”电路（如图 1 所示）可以保护您的设备免受过压影响。在正常使用中，12V 电源通过反向保护二极管和保险丝进入输出端。齐纳二极管选的稍微高一点；在这种情况下，15V。当输入电压达到 15V 时，齐纳二极管导通，在 R2 两端建立电压。当这达到 SCR 的触发电压（小于 1V）时，SCR 触发，在输入端造成短路，从而导致保险丝熔断。C1 确保由开关瞬变引起的尖峰不会触发 SCR。SCR 和齐纳二极管必须能够承受突如其来的浪涌电流，直到保险丝熔断。

图 1：Crowbar 过压保护

上述电路的PCB

图 2 显示了几乎相同的电路，只是齐纳二极管已被称为TL431 精密可编程参考的可编程齐纳二极管 (U1) 取代。通过使用 R6 改变其输入端的电压，您可以设置触发电压，从而提供更大的灵活性。最后，图 3 显示了添加到稳压器和保险丝熔断指示器的相同电路以及已完成项目的图片。

图 2：可编程过压保护

图 3：具有过压保护功能的稳压器项目

上述电路的完整PCB

发生的另一种过压形式是电源线上的瞬态尖峰。这些更可能是交流电源电源端的问题。一种常用的解决方案是在电源上放置一个金属氧化物变阻器 (MOV) 。MOV 就像一个高阻值电阻器（几百 K），它对电压的增加反应非常迅速。在瞬态下降期间，其电阻低到足以避开尖峰。请参见下面的图 4。

过流保护

在之前的文章中，我们研究了稳压器以及如何限制电流。现在让我们再看一下。

在图 5 中，Q8 是由 Q10 和 D8 调节的主传输晶体管。过流部分是R19和Q9。如果Q9的基极和发射极之间的电压达到0.6V，Q9开始导通。然后，这会从 Q8 的基极“夺走”电流，使其开始关闭。诀窍是将 R19 设计为在截止电流处下降 0.6V。所以如果我们想在 2A 时切断，R=V/I = 0.6/2 = 0.3 或 0.33Ω。因为它承载着满载电流，所以它应该承受它，也许是 5W 类型。

请注意，您必须在预计会运行得有点热的组件上留出引线长度，并增加 PCB 焊盘的面积。此外，焊接它以大大提高它们的散热能力（但不要用射频组件这样做！）。

图 5：具有过流保护功能的稳压器

其他过流保护

当然，还有其他过电流装置，例如用于更大交流电流的保险丝和断路器，也许在您的家庭电源中。

保险丝只是一种特殊的细线，会迅速升温并熔化。已经向它们添加了各种装置，例如拉力弹簧，以减慢它们的熔断速度，并在保险丝周围撒上粉末，以防止熔断时玻璃破碎。通常选择额定电流为正常电流的 150% 的保险丝

断路器本身就是一个话题。但简单地说，它们是简单的开关，具有触发它们的机制。在传统的断路器中，这是一个双金属片，电流通过它流动并在加热时弯曲。然后将其机械连接到跳闸机构并在特定电流下跳闸。断路器还有一个小电感元件，因此可以使断路器在过载时缓慢跳闸或在短路时快速跳闸。这是一段展示慢动作跳闸的精彩视频。

反接保护

反极性保护是最容易实现的。输入电源路径中的一个简单二极管就可以了。但这需要有适当的电流额定值。在图 6 中，1N4006 具有 1A 的额定电流和 800V 的 PIV（反向峰值电压），因此这对于大多数项目来说应该足够了。二极管会导致 0.6 至 0.7V 的恒定电压降，但这应该不是问题。但是，如果您的电路需要在非常低的电压下工作，那么串联二极管上的 0.6V 压降可能会成为问题。在这种情况下，图 6（右侧）显示了一个分流二极管。

当输入电压反接时，二极管导通，导致保险丝熔断。它确实有效，但有一些事情需要注意，例如二极管必须在保险丝熔断所需的时间内处理电源的全部电流容量。这将是可观的，并且至少需要5A至10A的二极管。

图 6：反向电压保护

反电动势反极性保护

还有另一种形式的反向极性会在您意想不到的情况下发生。任何时候承载电流的电感被关闭，电感中存储的磁场都需要崩溃，它会尝试在其端子上反向进行。不仅如此，它可能是数百伏。（这就是老式汽车火花塞的工作原理。）您还可以使用跨电感的反向二极管来保护您的设备免受这种反电动势的影响，如图 7 所示。请注意，二极管应具有高 PIV 额定值，并且1N4006 就足够了。

图 7：反电动势保护

审核编辑：汤梓红