过压保护的撬棍电路

电子月

任何电子设备的可靠性都取决于硬件保护电路的设计。终端用户很可能会犯各式各样的错误，所以优秀的硬件设计师需要负责硬件失误的发生。许多保护电路都有着各自的公用。最常见的保护电路有过压保护电路，反接保护电路，电流浪涌保护电路和噪声保护电路等。在本文中，我们来讨论的是撬棍电路，这是一种电子设备中常用的过压保护电路。

所需元器件

保险丝
齐纳二极管
晶闸管
电容
电阻
肖特基二极管

撬棍电路原理图

完整的撬棍电路如下图所示。

蓝色探针部分为输入电压，电路的目的是在供电电压超过9.1V时切断电源。其中每一部分的作用我们在下方的原理中讲。

撬棍电路的工作原理

撬棍电路会监控输入电压，当其超过限定值时，会产生短路电流使保险丝熔断。一旦保险丝熔断则电源与负载断开，从而预防高电压的伤害。电路会在电源线上产生短路，就像是撬棍掉在了电源线之间一样，所以叫做撬棍电路。

而何种电压下产生短路则取决于齐纳电压。电路由一个晶闸管构成，晶闸管会直接连在输入电压和地之间，但晶闸管因为门极接地所以默认为关断状态。当输入电压超过齐纳电压后，齐纳二极管导通，因此电压加到晶闸管门极，使得输入电压与地之间产生短路。短路会从电源中产生庞大的电流，从而熔断保险丝，使得负载与电源断开。

以上图片展示了过压保护的过程。电压增加到9.75V后，保险丝熔断。其中每一个元器件的功能如下：

保险丝：保险丝的额定熔断电流应低于晶闸管的最大额定电流，但要大于负载所消耗的电流。我们要确保故障发生时有足够的电流来熔断保险丝。

0.uF电容：这是一个滤波电容；它会滤除尖峰或其它噪音，防止它们影响电路误触发。

9.1V齐纳二极管：该二极管决定了过压的电压值，我们此处使用的是9.1V。设计者可以根据自己的需求选取该二极管的参数。

1kΩ电阻：这是一个下拉电阻，为了确保晶闸管的门极接地，并能在齐纳二极管导通之前处于关断状态。

47nF电容：每个晶闸管这样的电源开关都需要缓冲电路，从而抑制开关时的电压尖峰并预防晶闸管的误触发。电容容值需要刚好能够滤除噪声，因为高容值会提高施加门极脉冲后晶闸管导通的延迟。

肖特基二极管：该二极管并不是必须的，此处仅为保护用。它的存在是为了确保我们不会从负载端流出反向电流从而损坏保护电路。使用肖特基二极管而非普通二极管的原因是因为压降小。

撬棍电路的限制

尽管撬棍电路用途广泛，但它还是有如下限制：
1.电路过压值完全取决于齐纳电压值，而齐纳二极管的可选值很少。
2.电路还会受到噪音问题的影响；噪音会导致误触发而熔断保险丝。
3.保险丝熔断后，需要等电压正常后人工操作才可以使得负载重新运作。
4.机械保险丝的替换需要花费精力，时间以及成本。