什么是過(guò)壓保護(hù)電路？

過(guò)壓保護(hù)電路是一種常見(jiàn)的電路保護(hù)裝置。它的作用是在電路電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，立即切斷電路，以保護(hù)電路中的元器件不被過(guò)高電壓破壞。過(guò)壓保護(hù)電路通常由過(guò)壓保護(hù)器件和觸發(fā)器件組成。

過(guò)壓保護(hù)的工作原理是通過(guò)電路中的電壓檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)電路中的電壓是否超過(guò)了設(shè)定的閾值。一旦檢測(cè)到電壓超過(guò)了閾值，就會(huì)觸發(fā)過(guò)壓保護(hù)器件，讓保護(hù)器件對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。過(guò)壓保護(hù)的閾值通常根據(jù)電路設(shè)計(jì)的需求來(lái)設(shè)定，一般情況下，閾值設(shè)定在電路的最大額定電壓之上。

過(guò)壓保護(hù)器件包括熔斷器、保險(xiǎn)絲、電子保護(hù)器等。熔斷器和保險(xiǎn)絲主要通過(guò)熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，當(dāng)電路電壓過(guò)高時(shí)，保險(xiǎn)絲內(nèi)的金屬絲會(huì)熔斷，從而切斷電路。電子保護(hù)器則是通過(guò)電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，當(dāng)電路電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí)，電子保護(hù)器會(huì)自動(dòng)切斷電路。

觸發(fā)器件可以是一個(gè)繼電器、固態(tài)繼電器或者其他開(kāi)關(guān)裝置。當(dāng)過(guò)壓保護(hù)器件發(fā)生作用時(shí)，它會(huì)向觸發(fā)器件發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)器件接收到信號(hào)后，就會(huì)切斷電路。觸發(fā)器件的選擇要根據(jù)電路的實(shí)際情況來(lái)確定，有些電路需要更快的響應(yīng)速度，需要采用固態(tài)繼電器。

過(guò)壓保護(hù)電路的應(yīng)用非常廣泛，可以用于各種電路保護(hù)，比如電源保護(hù)、變頻器保護(hù)、電機(jī)保護(hù)等。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮一些因素，比如過(guò)壓保護(hù)器件的選擇、觸發(fā)器件的響應(yīng)速度、電路負(fù)載等。

接下來(lái)小編給大家分享一些過(guò)壓保護(hù)電路圖，以及簡(jiǎn)單分析它們的工作原理。

過(guò)壓保護(hù)電路圖分享

1、帶繼電器的直流過(guò)壓保護(hù)電路圖

即使您使用由直流電源供電的電路，也可能存在過(guò)電壓，微控制器、微處理器或傳感器可能會(huì)因過(guò)電壓而損壞。這是帶有繼電器的簡(jiǎn)單直流過(guò)壓保護(hù)電路，可以避免這種情況。以前的過(guò)壓保護(hù)電路采用齊納二極管和晶體管設(shè)計(jì)的。該電路充當(dāng)?shù)蛪褐绷麟娫吹恼{(diào)節(jié)器和截止開(kāi)關(guān)。

該電路使用 SPDT 繼電器來(lái)控制直流電壓負(fù)載，以防止過(guò)壓。 （您可以對(duì)該電路進(jìn)行改造，以控制有關(guān) J1 – 輸入直流電源的高壓直流或交流負(fù)載）。我們知道有許多保護(hù)電路可以避免短路、反極性、過(guò)壓或電流尖峰。對(duì)于高壓AC/DC電源，保險(xiǎn)絲和MCB用于保護(hù)負(fù)載。以下電路為 5V 至 32V 直流電源供電電路提供過(guò)壓保護(hù)。

該電路分為三個(gè)階段：1. 輸入階段，2. 比較器階段，3. 繼電器開(kāi)關(guān)階段。對(duì)于輸入?yún)⒖迹褂?a target="_blank">IC LM317可調(diào)電壓調(diào)節(jié)器。可變電阻器 RV1 的位置決定比較器的參考電壓。 LM317 的輸出電壓可計(jì)算為 Vout = 1.25 {1 + (RV1 / R1)}，這里可以用萬(wàn)用表測(cè)量電位器電阻值或從 LM317 輸出電壓。

該電壓將作為比較器 LM358 的參考電壓，超過(guò)該電平的輸入直流電壓會(huì)觸發(fā)比較器提供輸出電壓，從而導(dǎo)通晶體管 Q1。當(dāng)晶體管打開(kāi)時(shí)，繼電器將獲得接地電源并通過(guò)常閉開(kāi)關(guān)打開(kāi)的方式打開(kāi)，負(fù)載將與輸入直流電源斷開(kāi)。根據(jù)您的需要更改反饋到 LM358 的電阻器 R2 和 R3 值。在將此電路應(yīng)用于負(fù)載之前，請(qǐng)調(diào)整電壓調(diào)節(jié)器以獲得正確的參考電壓輸入。

2、簡(jiǎn)單的過(guò)壓保護(hù)電路圖

對(duì)于電壓敏感負(fù)載或電氣元件，我們需要提供穩(wěn)壓電壓。在某些情況下，施加的電壓水平可能會(huì)超出負(fù)載的最大電壓范圍，因此我們需要進(jìn)行設(shè)置以保護(hù)負(fù)載免受高壓影響。這里使用齊納二極管和晶體管設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的過(guò)壓保護(hù)電路。

該保護(hù)電路充當(dāng)穩(wěn)壓器和斷路器，我們有5V負(fù)載，因此我們使用5.1V齊納二極管，您可以根據(jù)您的負(fù)載或設(shè)備電壓范圍選擇齊納二極管電壓范圍。

這種簡(jiǎn)單的過(guò)壓保護(hù)電路易于構(gòu)建，只需很少的容易獲得的元件。要啟動(dòng)該電路，您需要根據(jù)負(fù)載元件確定齊納二極管的調(diào)節(jié)電壓范圍，然后連接兩個(gè)具有特定電壓范圍的PNP晶體管。在該電路中，我們使用兩個(gè) BC557 PNP 晶體管作為開(kāi)關(guān)。輸出附近的 LED 指示輸出電壓是否在允許的電壓范圍內(nèi)。

當(dāng)我們向該電路施加直流電源時(shí)，反向偏置齊納二極管充當(dāng)穩(wěn)壓器，調(diào)節(jié)后的電壓流過(guò) Q1 晶體管并流向 Q2 晶體管基極端子，這里 Q2 晶體管允許輸入源到負(fù)載的電壓低于 5V。如果輸入源電壓增加超過(guò) 5V，則 Q2 晶體管和 Q1 晶體管斷開(kāi)負(fù)載（Q1 和 Q2 進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)）。

根據(jù)負(fù)載元件電壓和電流額定值使用 Q1 和 Q2 開(kāi)關(guān)晶體管。該電路設(shè)計(jì)可保護(hù)負(fù)載免受有限的過(guò)壓影響，并具有適度的電流限制。在25V負(fù)載下使用該電路設(shè)計(jì)。對(duì)于低于3.3V和高于 25V的過(guò)壓保護(hù)，請(qǐng)使用專(zhuān)用集成電路 (IC) 以獲得更好的效果。

3、撬棒過(guò)壓保護(hù)模塊電路圖

為了保護(hù)敏感的電子或電力負(fù)載，我們需要保護(hù)電路，例如過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路、反向供電保護(hù)電路或浪涌保護(hù)電路。通過(guò)實(shí)現(xiàn)這些電路，我們可以確保敏感負(fù)載的保護(hù)。這里 Crowbar過(guò)壓保護(hù)模塊電路旨在保護(hù)燈泡負(fù)載。

我們知道Crowbar過(guò)壓保護(hù)模塊是一個(gè)過(guò)壓保護(hù)電路，通過(guò)使用穩(wěn)壓齊納二極管，我們可以設(shè)置該Crowbar電路的輸出電壓限制。以此處為例，我們采用了 12V 直流燈泡并施加了不同的電壓，并測(cè)試了過(guò)電壓超過(guò) 12V 的撬棒電路。

該 crowbar 過(guò)壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)用于在過(guò)電壓流過(guò)時(shí)切斷敏感負(fù)載的電源。該原型使用 12V 燈泡作為敏感負(fù)載，因此我們需要設(shè)計(jì) 12V 的撬棒電路，因此 12V 齊納二極管穩(wěn)壓器放置在該電路中。首先從玻璃保險(xiǎn)絲開(kāi)始，將晶閘管 SCR TYN612 跨接在負(fù)載上，并通過(guò)齊納二極管施加?xùn)艠O電源。這里二極管1N4007用于保護(hù)反向電壓。

通過(guò)使用可變電源單元，我們?yōu)樵撾娐诽峁╇娫矗ㄟ^(guò)施加低于 12V 和高達(dá) 12V 的電壓，負(fù)載獲得電源，當(dāng)我們施加超過(guò) 12V 的輸入電源時(shí)，SCR 通過(guò)齊納二極管獲得柵極電源并短路通過(guò)陽(yáng)極和陰極引腳，因此保險(xiǎn)絲熔斷，因此過(guò)電壓不會(huì)到達(dá)敏感負(fù)載。

4、使用可控硅和齊納二極管的過(guò)壓保護(hù)電路圖

電源對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品/小工具至關(guān)重要。如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)沒(méi)有考慮電源部分，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的故障，這是我們不希望發(fā)生的。當(dāng)您設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)尤其如此。用戶使用輸出電壓高于產(chǎn)品額定電壓的電源可能會(huì)損壞產(chǎn)品。在這種情況下，您需要在電路中使用過(guò)壓保護(hù)裝置，以防止其發(fā)生故障。這是一個(gè)使用可控硅和齊納二極管的過(guò)壓保護(hù)電路。

上述電路旨在保護(hù)與其連接的電路免受超過(guò) 13V 的電壓影響。它適用于額定電壓為 12V 的電路/設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，12V 設(shè)備的耐壓可達(dá) 13V。因此它將建立超過(guò) 13V 的保護(hù)，而且這將為電源提供必要的操作空間。

在該電路中，J1用于連接電源，J2用于連接需要供電和保護(hù)的設(shè)備/電路。

當(dāng)電源電壓在13V以內(nèi)時(shí)，齊納管不導(dǎo)通電流，可控硅處于非導(dǎo)通狀態(tài)。這里我們使用齊納電壓（13V）的齊納二極管，因此當(dāng)電源電壓超過(guò)13V時(shí)，齊納二極管開(kāi)始導(dǎo)通并且有電流流過(guò)它。

如前所述，齊納二極管應(yīng)限制齊納電流。根據(jù)數(shù)據(jù)表，1N4743A 的典型齊納電流為 19mA。使用歐姆定律，我們可以計(jì)算與之配合使用的電阻器。

因此我們將R1固定為680Ω。

電阻器兩端產(chǎn)生的齊納電流和電壓觸發(fā) SCR 的柵極端子。根據(jù)數(shù)據(jù)表，打開(kāi) SCR (BT-145-800R) 所需的柵極電流為 5mA。因此，齊納電流觸發(fā) SCR 并迫使其傳導(dǎo)電流。

當(dāng) SCR 接通時(shí)，其作用類(lèi)似于短路，因此巨大的電流從陽(yáng)極流向陰極。如前所述，它兩端的電壓下降，因此輸出端不會(huì)出現(xiàn)電壓。這可以保護(hù)連接到端子 J2 的電路/設(shè)備。

這種巨大的電流持續(xù)流動(dòng)，直到源極或 J1 的電壓降至 13V 以下。該電路的另一個(gè)保護(hù)功能是保險(xiǎn)絲，當(dāng)電源電流超過(guò)1A時(shí)，保險(xiǎn)絲將斷開(kāi)其觸點(diǎn)。這會(huì)阻止進(jìn)一步的電流流動(dòng)。

保險(xiǎn)絲非常重要，因?yàn)樵S多電源本身缺乏內(nèi)部電流限制或短路預(yù)防功能。熔斷器的額定電流應(yīng)小于用戶為該電路供電的電源的短路電流。這將確保成功消除來(lái)自電源的電流路徑電流達(dá)到其最大短路電流閾值。

5、使用齊納二極管的過(guò)壓保護(hù)電路圖

下面的過(guò)壓保護(hù)電路圖是使用齊納二極管和 PNP 晶體管構(gòu)建的。 當(dāng)電壓超過(guò)預(yù)設(shè)水平時(shí)，該電路會(huì)斷開(kāi)輸出 。預(yù)設(shè)值為接在電路中的齊納二極管的額定值。您甚至可以根據(jù)自己合適的電壓值更換齊納二極管。該電路的缺點(diǎn)是您可能無(wú)法找到齊納二極管的準(zhǔn)確值，因此請(qǐng)選擇額定值與您的預(yù)設(shè)值最接近的一個(gè)。

當(dāng)電壓小于預(yù)設(shè)值時(shí)，Q2 的基極為高電平，由于它是 PNP 晶體管，因此關(guān)斷。并且，當(dāng) Q2 處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，Q1 的基極將為低電平并允許電流流過(guò)它。

現(xiàn)在，當(dāng)電壓超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí) ，齊納二極管開(kāi)始導(dǎo)通，將 Q2 的基極接地并打開(kāi) Q2。當(dāng) Q2 導(dǎo)通時(shí)，Q1 的基極變?yōu)楦唠娖讲⑶?Q1 導(dǎo)通，這意味著 Q1 表現(xiàn)為開(kāi)路開(kāi)關(guān)。因此，Q1 不允許電流流過(guò)它并保護(hù)負(fù)載免受過(guò)電壓的影響。

現(xiàn)在我們還需要考慮晶體管兩端的電壓降，為了電路的適當(dāng)精度，它應(yīng)該很低。所以我們使用了 FMMT718 PNP 晶體管 ，它表現(xiàn)出非常低的 VCE 飽和值，因此晶體管兩端的電壓降很低。

6、汽車(chē)應(yīng)用分立式過(guò)壓保護(hù)器電路圖

這是一種用于汽車(chē)應(yīng)用的分立式過(guò)壓保護(hù)器電路。保護(hù)電路必須完成兩項(xiàng)基本工作。它們可以防止超過(guò)最大允許電壓施加到 IC 引腳上，并且保護(hù)電路不會(huì)干擾電路的正常功能。除此之外，它必須足夠快才能對(duì)任何瞬態(tài)事件采取行動(dòng)。

PNP 晶體管 Q1 是該電路的主要傳輸元件。該晶體管的特性將決定電源電壓降。 Zetex FMMT718 用于最大限度地減少保護(hù)電路引起的壓降。該電路采用晶體管Q2作為Q1的控制元件，當(dāng)電源輸入端的電壓等于齊納電壓之和時(shí)，Q2導(dǎo)通，Q1截止。 D1 和 Q2 產(chǎn)生的典型跳變電壓為 5.85V。為了保持Q1在正常情況下導(dǎo)通，6.8k電阻連接到Q1的基極，產(chǎn)生電流。

在過(guò)壓情況下，該電路會(huì)斷開(kāi)負(fù)載。當(dāng)檢測(cè)到過(guò)壓情況時(shí)，Q1 將關(guān)閉并切斷負(fù)載電源，當(dāng)情況恢復(fù)正常時(shí)，Q1 將打開(kāi)。該電路的響應(yīng)速度是該電路的吸引力之一，因?yàn)樗皇褂梅答仯虼瞬淮嬖谛枰朔霓D(zhuǎn)換速率限制或高階阻尼效應(yīng)。 Q2 沒(méi)有特殊要求，幾乎任何 PNP 器件都可以替換，但 Q2 應(yīng)與 Q1 具有相同的類(lèi)型。