概述

保护电路是一种在电子和电气设备中设计的辅助电路，旨在防止设备或系统遭受异常电压、电流或其他环境因素的损害。保护电路通过实时监控和快速响应来保护敏感元件和电路，从而避免可能的故障、损坏甚至安全事故。

保护电路的主要作用

保护电路的作用是确保设备的安全和稳定运行，避免瞬态电压（如雷击、静电）、过流、过热等对电子器件造成的损害。它通过一系列措施在电流或电压超出正常范围时迅速进行处理，起到隔离或消除异常的作用。

保护电路的常见类型

保护电路有多种类型，每种类型有特定的保护功能，以下是几种常见的保护电路：

过压保护电路（OVP）
过压保护电路主要防止电压超过预设安全值，适用于电源输入端和各种接口。它在电压超过限制时进行快速箝位或断开电路，以避免设备的过压损坏。

过流保护电路（OCP）
过流保护用于防止电流过大引起的过热或器件损坏。通过限流或断开电路来保护负载和供电线路。

  • 典型器件：保险丝、PTC自恢复保险丝、过流保护IC。

过热保护电路（OTP）
过热保护电路防止设备因温度过高而损坏。通常会在温度超过设定阈值时触发降功率或关断电路。

  • 典型器件：热敏电阻、温度开关、温度保护IC。

反接保护电路
反接保护用于防止电源极性接反对电路造成的损坏，特别是直流供电设备容易出现此问题。反接保护电路通常在电源极性接反时切断电源输入。

  • 典型器件：肖特基二极管、MOSFET。

浪涌保护电路
浪涌保护电路用于保护电路免受短时间的电压浪涌或脉冲影响，例如雷击、电网波动等。

ESD保护电路
ESD（静电放电）保护电路专门针对静电放电对敏感元件的危害，常用于接口电路和高精度模拟电路中。

保护电路的工作原理

保护电路的基本原理是监测电路中电压、电流或温度的变化。当某个参数超出正常范围时，保护电路迅速响应，通过分流、限流、箝位、断开等方式来抑制异常。举例如下：

  • 过压保护电路：当输入电压超过某一设定值时，TVS二极管将迅速导通，把过电压箝位在设定范围内，同时将多余电流分流。
  • 过流保护电路：在过流发生时，保险丝会因过高的电流导致熔断，从而断开电路保护后续元件。

保护电路的设计考虑因素

在设计保护电路时，工程师需要根据应用需求平衡以下几个因素：

  1. 响应速度：保护电路需要足够快的响应时间，以防止瞬态事件对敏感器件造成破坏。例如ESD保护电路通常需要在纳秒级响应。
  2. 功率承受能力：保护电路器件的功率处理能力决定了它能承受的浪涌或瞬态能量，以确保不会在保护期间损坏自身。
  3. 恢复能力：某些保护器件（如PTC自恢复保险丝）在过载消除后可以自动恢复；而一次性器件（如保险丝）熔断后需更换。
  4. 稳态影响：保护电路在正常工作时应尽量减少对主电路的影响，例如TVS二极管在非瞬态条件下保持高阻抗，以不影响正常信号。

保护电路的实际应用

保护电路几乎存在于所有电子设备中。以下是一些应用实例：

  • 家用电子产品：如电视、空调等设备的电源输入端，配备浪涌保护电路和过流保护电路，避免雷击和电压波动引起的损坏。
  • 汽车电子：汽车电路中广泛使用TVS二极管和MOV以防止瞬态电压对电路的损害，尤其是引擎启动、点火系统等可能产生瞬态干扰的场景。
  • 工业设备：在工业设备中，保护电路用于防护电源和信号端口，确保设备在恶劣的电气环境中稳定运行。

更多信息

保护电路是现代电子设计中不可或缺的一部分，通过合理设计可以极大提升设备的可靠性与寿命。根据应用需求选择适合的保护元件，能为设备提供有效的防护和稳固的工作环境。Semiware是电路保护解决方案综合服务商，如有电路保护产品、应用方案以及测试环境的需求，您可以与我们的EMC团队取得联络 , https://semiware.com/emc/