詳細(xì)介紹了過壓保護(hù)電路的多種設(shè)計(jì)方案，包括穩(wěn)壓二極管、穩(wěn)壓芯片LM431、TVS管以及TL431的應(yīng)用。通過分析各個電路的工作原理，探討了不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，適合不同場景的選擇，特別是強(qiáng)調(diào)了電路參數(shù)的選擇和保護(hù)效果。文章還提到了如何結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品需求和成本考慮，選擇合適的過壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

由于目前所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品呢?zé)o法實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)，特意學(xué)習(xí)過壓保護(hù)設(shè)計(jì)，其過壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)有以下幾種：

1. 利用穩(wěn)壓二極管的擊穿特性，設(shè)計(jì)的過壓保護(hù)電路

1.1 電路實(shí)現(xiàn)原理如下：

當(dāng) Vin 電壓輸入正常范圍時，穩(wěn)壓二極管 D1 沒有被擊穿，，未進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)。流過電阻R1，R1的電流基本為0。三極管Q2的Vbe=0，此時Q2處于截止?fàn)顟B(tài)。MOS管Q1的Vgs由電阻R3，R4分壓決定，PMOS管導(dǎo)通，即電源正常工作。

當(dāng)Vin輸入大于正常輸入電壓，此時輸入電壓Vin>Vbr，穩(wěn)壓二極管被擊穿，其上電壓為Vbr。三極管Q2導(dǎo)通，Vce≈0，因此Q1的Vgs≈0，mos管關(guān)閉，電源電路斷開，從而實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。

1.2 說明：

a、電路本身具有通用性，可以根據(jù)具體電路選擇穩(wěn)壓二極管D1及R1的值，R1選取要注意，不能讓流過D1的電流低于起穩(wěn)定電流Iz，否則可能導(dǎo)致管子的穩(wěn)定性能變差；

b、R3、R4要根據(jù)選取的mos管的Vgs來具體做調(diào)整，此處電路還有個風(fēng)險，輸入電壓過大時可能會把mos管柵源擊穿，可以考慮給柵源極加上一穩(wěn)壓二極管，用以保護(hù)Q1柵極。

2. 利用穩(wěn)壓芯片LM431做過壓欠壓保護(hù)電路，其典型電路如下：

輸入電壓高于high limit時，左邊LM431的輸出三級管導(dǎo)通，導(dǎo)致右邊的LM431輸出三極管截止，導(dǎo)致最右邊的三極管截止，沒有輸出。

輸入電壓低于low limit是，左邊LM431的輸出三極管截止，這是正常的工作狀態(tài)，但是輸入電壓低于low limit，導(dǎo)致R2B上的分壓過小，右邊LM431的輸出三極管截止，最終導(dǎo)致最右邊的三極管截止，沒有輸出。

這個電路的輸入電壓范圍的low limit和high limit如上圖所示。

3. 利用TVS管做過壓保護(hù)

3.1 原理：單向TVS管應(yīng)用于直流電路時，如下圖所示。當(dāng)電路正常工作時，TVS 處于截止?fàn)顟B(tài)（高阻態(tài)），不影響電路正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)異常過電壓并達(dá)到TVS（雪崩）擊穿電壓時，TVS 迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導(dǎo)致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護(hù)后級電路免遭異常過電壓的損壞。當(dāng)異常過電壓消失后，TVS 阻值又恢復(fù)為高阻態(tài)。

3.2 TVS管參數(shù)與選型

選用TVS管，有三個要點(diǎn)需要注意：

選型的過程可以按照以下的思路步驟進(jìn)行：

4.利用TL431構(gòu)成的電壓精準(zhǔn)檢測電路

電路可以應(yīng)用于電路中檢測高低電壓并輸出對應(yīng)的高低電平給控制電路。電路中V 為閾值電壓，輸出能力大于1ma。VP 為檢測電路的電平輸出端，輸出高電壓為5V，低電壓為零電位。

4.1 取值計(jì)算：基準(zhǔn)電壓約為2.5v，一般計(jì)算以2.5V 計(jì)算。R5和R6電阻精度要求要高。
1：求R6；R6兩端電壓為2.5v，根據(jù)檢測電壓大小和精度要求選擇R6，一般取10K 以上。

2：求R5;R5兩端電壓U5=V-2.5；則R5=（V-2.5）/I5=（V-2.5）/（2.5/R6）

3：R4=（V-2）/1ma。R1=3R2。{V/（R1+R2+R4）}xR2≧0.6v；R3可選10K 以上阻值。

4.2 工作原理：

過電壓檢測時：當(dāng)檢測電壓低于V 值時，R6兩端電壓小于2.5v，U1不導(dǎo)通，B 點(diǎn)電壓大于Q1導(dǎo)通電壓，Q1導(dǎo)通，VP 低電平。當(dāng)檢測電壓高于V 值時，R6兩端電壓大于2.5v，U1導(dǎo)通，B 點(diǎn)電壓小于Q1導(dǎo)通電壓，Q1不導(dǎo)通，VP 高電平。

低電壓檢測時，工作原理與過電壓檢測原理相同。

4.3仿真驗(yàn)真

5. 利用TL431做信號限流保護(hù)以及鉗位保護(hù)

當(dāng)輸入電壓增大，輸出電壓增大，導(dǎo)致了輸出采樣增大，這時內(nèi)部電路通過調(diào)整使得流過自身的電流增大，這樣限流電流電阻壓降增大，而輸出電壓等于輸入電壓減限流電阻壓降增大使得輸出電壓減小，實(shí)現(xiàn)限流與穩(wěn)壓。

6. 將源電壓通過一系列的電路設(shè)計(jì)，通過AD（數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片或單片機(jī)內(nèi)部AD）讀入MCU，并執(zhí)行相應(yīng)的決策。

設(shè)計(jì)思路：將8v到18v中的10v壓差全部映射到AD 0-3.3v的范圍內(nèi)，所以首先將Uo與8V做差分，將電壓抬低到0-10v，然后通過電阻分壓將10v映射到3.3v的范圍內(nèi)。

對于以上過壓設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品與成本考慮，采用集成芯片做過壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)。

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