过压保护指的是当输出电压超过期望值时,将输出电压限制到一定的安全范围内。过压电路常可以避免外界或者用户操作不规范引起输出电压过压的现象,过压电路可以保护后级电路,最常见的是接口处的一些静电防护。常见的过压保护电路有:稳压二极管设计的过压保护电路、利用稳压芯片设计的保护电路、TVS管防护电路、气体放电管电路、利用TL431搭建电压检测电路等。
稳压二极管设计的过压保护电路
当输入的电压的范围在正常管子范围内时,D1稳压二极管没有被击穿,二极管没有工作起来,通过电阻R1的电流基本为零,图1中的晶体管Q2,B和E极电压一致,此时VBE=0,Q2不导通,Q1MOS管的VGS电压由电阻R3/R4共同决定,PMOS管导通,VIN和VOUT导通。当VIN过大,D1工作触发以后,Q2导通,导致Q1的VG和VS之间没有压差,导致VOUT和VIN之间实现了隔离。
TVS管防护电路
过压保护电路如下:TVS分为单向和双向的TVS,单向TVS常用于直流电路,双向TVS经常用于差分电路。下图中电路工作正常时,TVS管子是没有工作的,处于截止状态,当输入信号出现不正常的尖峰电压时,异常电压达到TVS管的雪崩击穿电压,TVS管子的状态由高阻态变为低阻态,异常大电压导致的大电流将由TVS管子导到地,同时TVS两端的电压会维持到一个较低的电压水平,进而保护后级电路,当脉冲电压过后,TVS管又处于断开的状态。要注意TVS管子选型时的击穿电压要大于整个电路正常的工作电压。
TVS管子的选型
TVS管选型要注意以下几点:
1:合适的钳位电压才能保护后级电路。
2:引入的TVS结电容不能过大。
3:TVS的功率要留够余量。
一般在TVS的选型中可以按照以下步骤进行:
1:确定TVS管子的VRMW电压(该电压是电路正常工作最大电压的1.1倍)。
2:TVS的钳位电压VCC要小于电路正常工作电压的最大值。
3:IR漏电流大小是否合适。
4:结电容大小的影响。
气体放电管电路
气体放电管是一种陶瓷或者玻璃封装,内部是惰性气体,外形如下:
气体放电管过压保护的原理如下:气体放电管未工作时,处于高阻状态,当两端电压达到气体击穿电压时,会进行间隙放电,进而现在两端电压达到保护后级工作电路的目的。
以上电路搭配压敏电阻使用,因为气体放电管的续流电压在几十V。主要关注的参数有直流击穿电压,达到该电压会让气体放电管击穿保护后级电路。
简单的过压电路一般就加上TVS,如果想要防护级别高一般加上TVS、压敏电阻、空气放电管。