任何電子設(shè)備的可靠性都取決于硬件保護(hù)電路的設(shè)計。終端用戶很可能會犯各式各樣的錯誤，所以優(yōu)秀的硬件設(shè)計師需要負(fù)責(zé)硬件失誤的發(fā)生。許多保護(hù)電路都有著各自的公用。最常見的保護(hù)電路有過壓保護(hù)電路，反接保護(hù)電路，電流浪涌保護(hù)電路和噪聲保護(hù)電路等。在本文中，我們來討論的是撬棍電路，這是一種電子設(shè)備中常用的過壓保護(hù)電路。
所需元器件
· 保險絲
· 齊納二極管
· 晶閘管
· 電容
· 電阻
· 肖特基二極管
撬棍電路原理圖
完整的撬棍電路如下圖所示。
藍(lán)色探針部分為輸入電壓，電路的目的是在供電電壓超過9.1V時切斷電源。其中每一部分的作用我們在下方的原理中講。
撬棍電路的工作原理
撬棍電路會監(jiān)控輸入電壓，當(dāng)其超過限定值時，會產(chǎn)生短路電流使保險絲熔斷。一旦保險絲熔斷則電源與負(fù)載斷開，從而預(yù)防高電壓的傷害。電路會在電源線上產(chǎn)生短路，就像是撬棍掉在了電源線之間一樣，所以叫做撬棍電路。
而何種電壓下產(chǎn)生短路則取決于齊納電壓。電路由一個晶閘管構(gòu)成，晶閘管會直接連在輸入電壓和地之間，但晶閘管因為門極接地所以默認(rèn)為關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓超過齊納電壓后，齊納二極管導(dǎo)通，因此電壓加到晶閘管門極，使得輸入電壓與地之間產(chǎn)生短路。短路會從電源中產(chǎn)生龐大的電流，從而熔斷保險絲，使得負(fù)載與電源斷開。
以上圖片展示了過壓保護(hù)的過程。電壓增加到9.75V后，保險絲熔斷。其中每一個元器件的功能如下：
保險絲：保險絲的額定熔斷電流應(yīng)低于晶閘管的最大額定電流，但要大于負(fù)載所消耗的電流。我們要確保故障發(fā)生時有足夠的電流來熔斷保險絲。
0.uF電容：這是一個濾波電容；它會濾除尖峰或其它噪音，防止它們影響電路誤觸發(fā)。
9.1V齊納二極管：該二極管決定了過壓的電壓值，我們此處使用的是9.1V。設(shè)計者可以根據(jù)自己的需求選取該二極管的參數(shù)。
1kΩ電阻：這是一個下拉電阻，為了確保晶閘管的門極接地，并能在齊納二極管導(dǎo)通之前處于關(guān)斷狀態(tài)。
47nF電容：每個晶閘管這樣的電源開關(guān)都需要緩沖電路，從而抑制開關(guān)時的電壓尖峰并預(yù)防晶閘管的誤觸發(fā)。電容容值需要剛好能夠濾除噪聲，因為高容值會提高施加門極脈沖后晶閘管導(dǎo)通的延遲。
肖特基二極管：該二極管并不是必須的，此處僅為保護(hù)用。它的存在是為了確保我們不會從負(fù)載端流出反向電流從而損壞保護(hù)電路。使用肖特基二極管而非普通二極管的原因是因為壓降小。
撬棍電路的限制
盡管撬棍電路用途廣泛，但它還是有如下限制：
1.電路過壓值完全取決于齊納電壓值，而齊納二極管的可選值很少。
2.電路還會受到噪音問題的影響；噪音會導(dǎo)致誤觸發(fā)而熔斷保險絲。
3.保險絲熔斷后，需要等電壓正常后人工操作才可以使得負(fù)載重新運作。
4.機械保險絲的替換需要花費精力，時間以及成本。 |
