【分享】實用的過欠壓防反接多功能保護電路-KIA MOS管

在電網(wǎng)中，由于大功率負載關(guān)閉等動作，會導(dǎo)致供電電網(wǎng)電壓產(chǎn)生很高的過壓浪涌，這可能造成設(shè)備因為輸入端過壓浪涌而損壞；當(dāng)設(shè)備輸入電壓過低時會導(dǎo)致設(shè)備工作不穩(wěn)定，甚至損壞輸入電源（電池過放會導(dǎo)致電池性能受損）。

為了使設(shè)備工作更可靠，更能適應(yīng)各種惡劣的過壓浪涌等用電環(huán)境（如機載設(shè)備要求的80 V/50 ms 過壓浪涌、車載設(shè)備要求的100 V/500 ms 過壓浪涌，針對以上情況分享一款過欠壓、防反接多功能保護電路。

過欠壓、防反接電路構(gòu)成實現(xiàn)比較簡單，所需器件比較少，僅為普通的電阻、二極管、瞬態(tài)抑制二極管、三極管和N 溝道MOS 管等。本保護電路成本較低，性價比較高；過欠壓響應(yīng)速度快，前端和后端設(shè)備都能得到及時保護；電子開關(guān)導(dǎo)通電阻僅為幾個毫歐，壓降幾乎忽略不計，滿足各種直流輸入電路，不受輸入電壓、電流大小的限制。

電路原理

過欠壓、防反接多功能保護電路工作原理如圖1所示。

過欠壓、防反接多功能保護電路包括3 個功能電路部分：過壓檢測電路、欠壓檢測電路和電子開關(guān)電路；具有過壓保護功能、欠壓保護功能和防反接保護功能。過欠壓、防反接多功能保護電路適用于各種直流工作電路。

過壓保護功能

按圖1 所示，將過欠壓、防反接多功能保護電路接入設(shè)備輸入端，當(dāng)輸入電壓超過設(shè)定的過壓電壓值時，過壓檢測電路動作，控制電子開關(guān)電路截止，保護后端用電設(shè)備的安全。

欠壓保護功能

當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定的欠壓電壓值時，欠壓檢測電路動作，控制電子開關(guān)電路截止，保護前端電源（電池）設(shè)備。

防反接保護功能

當(dāng)輸入端的正負極性反接，防反接保護電路控制電子開關(guān)電路截止，既保護了后端用電設(shè)備，也保護了前端供電設(shè)備。

電路設(shè)計

1.使用條件

--使用位置：適用于任何直流輸入端、輸出端；

--輸入電壓：適用于任何直流輸入電壓；

--輸入電流：適用于任何直流輸入電流。

2.組成電路

1.過欠壓、防反接電路

過欠壓、防反接電路如圖2 所示。它由過壓檢測電路、欠壓檢測電路和電子開關(guān)電路3 個部分組成。

2.過壓檢測電路

過壓檢測電路見圖2 所示，主要由電阻R1、電阻R4、瞬態(tài)抑制二極管V1、三極管V2 和二極管V3 組成。輸入端電壓工作在過壓狀態(tài)時，電阻R1 限制流過

瞬態(tài)抑制二極管的電流，調(diào)整電阻R1 阻值可以保護瞬態(tài)抑制二極管V1 不受損壞；當(dāng)輸入電壓過壓時，瞬態(tài)抑制二極管V1 反向擊穿工作，使用反向擊穿電壓大小不同的瞬態(tài)抑制二極管V1，可以適用不同輸入電壓的過壓電路；三極管V2 根據(jù)基極電流信號轉(zhuǎn)換控制信號高低電位；當(dāng)輸入電壓低于過壓值時，電阻R4 將三極管V2 的基極電壓箝位在低電位，三極管V2 處于截止?fàn)顟B(tài)，防止三極管V2 誤動作。

當(dāng)輸入端工作電壓低于過壓臨界電壓時，瞬態(tài)抑制二極管反向截止，三極管V2 由于電阻R4 的箝位作用，控制信號為高阻狀態(tài)；當(dāng)輸入端工作電壓高于過壓臨界電壓時，瞬態(tài)抑制二極管V1 反向擊穿，輸入端電壓電流經(jīng)電阻R1 限流后，流入三極管V2 的基極，三極管屬于電流控制型，三極管V2 飽和導(dǎo)通，控制信號拉低到低電壓0.7 V（二極管V3 的導(dǎo)通電壓）。

3.欠壓檢測電路

欠壓檢測電路如圖2 所示，主要由電阻R2、瞬態(tài)抑制二極管V4、電阻R3 和二極管V5 組成。

在輸入端電壓工作在正常電壓范圍內(nèi)時，電阻R2、R3 限制流過欠壓檢測電路的電流，保護瞬態(tài)抑制二極管V4 和組成分壓電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)控制信號電壓的大小。

當(dāng)輸入電壓超過欠壓電壓時瞬態(tài)抑制二極管V4 反向擊穿工作，使用反向擊穿電壓大小不同的瞬態(tài)抑制二極管V4，可以適用不同的欠壓電路；在輸入端電壓工作在低于欠壓電壓值時，電阻R3 拉低控制信號電平到0.7 V（二極管V5 的導(dǎo)通電壓）。

當(dāng)輸入端工作電壓高于欠壓電壓臨界值時，瞬態(tài)抑制二極管V4 反向擊穿，控制信號電平為電阻R3 分壓電壓。當(dāng)輸入端工作電壓低于欠壓電壓時，瞬態(tài)抑制二極管V4 反向截止，電阻R3 將控制信號電壓拉低到0.7 V。

4.電子開關(guān)電路

電子開關(guān)電路見圖2 所示，由N 溝通MOS 管Q1、Q2 和保護穩(wěn)壓管V6 組成。

穩(wěn)壓管V6 限制MOS 管Q1、Q2 的柵源電壓不超過設(shè)定的電壓范圍，保護MOS 管Q1、Q2 的柵源電壓不超過器件柵源電壓的最大值。

控制信號電平為MOS 管Q1、Q2 的柵源電壓。當(dāng)MOS 管Q2 的柵源電壓高于自身門極閾值時，MOS 管Q1、Q2 的漏極與源極導(dǎo)通，負載負極與輸入負極導(dǎo)通，MOS 管Q1、Q2 的導(dǎo)通電阻為幾毫歐，負極壓降可以忽略不計。

功能裁剪與組合

1.過壓保護功能

過壓保護功能電路如圖3 所示，由過壓檢測電路（去掉了二極管V3）、電子開關(guān)電路（去掉了MOS 管Q1）和欠壓檢測電路（去掉了瞬態(tài)抑制二極管V4 和二極管V5）組成。

當(dāng)過壓檢測電路檢測到輸入電壓高于過壓值時，控制信號電平被三極管V2 拉低到低電平，MOS 管Q2 的柵極電壓箝位到低電平，低于自身門極閾值，MOS 管Q2 處于截止?fàn)顟B(tài)，輸入負極和負載負極不導(dǎo)通，輸入正極、負載和輸入負極形成不了電路回路，實現(xiàn)了過壓保護功能。

2.欠壓保護功能

欠壓保護功能電路如圖4 所示，由欠壓檢測電路（去掉了二極管V5）和電子開關(guān)電路（去掉了MOS 管Q1）組成。

當(dāng)輸入端工作電壓高于欠壓電壓值時，欠壓檢測電路工作，控制信號電平高于MOS 管Q2 的門極閾值，MOS 管Q2 的漏極與源極導(dǎo)通，輸入正極、負載和輸入負極組成電路回路。

當(dāng)輸入端工作電壓低于欠壓電壓值時，電阻R3 將MOS 管Q2 的柵極電壓拉低到低電平，MOS 管Q2 的漏極與源極不導(dǎo)通，輸入正極、負載和輸入負極組成不了電路回路，實現(xiàn)了欠壓保護功能。

3.防反接保護功能

防反接保護功能電路如圖5 所示，由欠壓檢測電路（去掉了瞬態(tài)抑制二極管V4）和電子開關(guān)電路組成。

當(dāng)輸入端正負極正常連接時，電阻R2 和R3 的分壓電平保證控制信號電平電壓高于MOS 管Q1、Q2 的門極閾值，MOS 管Q2 的漏極與源極導(dǎo)通，輸入正極、負載和輸入負極形成電路回路。

當(dāng)輸入正負極反接時，①由于二極管V5 的單向?qū)ㄐ裕妷翰荒芙?jīng)由電阻R2、R3 分壓；②電阻R2將MOS 管Q1、Q2 的柵極電壓拉低到輸入負極電壓，MOS 管Q1、Q2 的源極和漏極關(guān)斷；

③ MOS 管Q1的內(nèi)部二極管的單向?qū)ㄐ裕斎胝龢O電壓不能通過MOS 管Q1。由于這三方面的作用，輸入正極、負載和輸入負極無法組成電路回路，實現(xiàn)了防反接保護功能。

4.過欠壓、防反接保護功能

過欠壓防反接保護功能電路如圖2 所示。當(dāng)輸入端工作電壓低于欠壓值時，由于欠壓保護的作用，輸入正極、負載和輸入負極形成不了電路回路，實現(xiàn)了欠壓保護功能。

當(dāng)輸入端工作在正常電壓范圍時，MOS 管Q2 的柵源電壓高于門極閾值，MOS 管Q2 的源極和漏極導(dǎo)通，由于MOS 管Q1 的內(nèi)部二極管單向?qū)ㄐ裕斎胝龢O、負載和輸入負極形成了電路回路，電路能正常地工作。

當(dāng)輸入端電壓工作高于過壓值時，由于過壓保護的作用，輸入正極、負載和輸入負極形成不了電路回路，實現(xiàn)了過壓保護功能。當(dāng)輸入端的正、負極反接時，由于防反接保護功能，輸入正極、負載和輸入負極形成不了電路回路，實現(xiàn)了防反接保護功能。

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