采用5V供電的設(shè)備，當(dāng)供電電壓因各種原因變得過高，可能會(huì)燒壞設(shè)備。
▲ 當(dāng)妹紙接入過高的電壓
于是5V過壓保護(hù)電路有了用武之地。
▲ 5V過壓保護(hù)電路
一、電路分析
1、當(dāng)輸入電壓 Vin ＜ 5.1V 時(shí)：（下圖以輸入電壓 Vin = 5V 舉例）
D1是5.1V穩(wěn)壓管，此時(shí)輸入電壓Vin才5V，小于5.1V，所以穩(wěn)壓管D1未進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)，不導(dǎo)通。
5.1V穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，導(dǎo)致三極管Q2的b極和e極都是5V，也就是Vbe = 0，所以三極管Q2也不導(dǎo)通。
MOS管Q1的g極被電阻R3拉到0V，MOS管Q1的 Vgs = 0V - 5V = -5V, 所以MOS管Q1導(dǎo)通， Vout電壓等于5V，對(duì)后級(jí)電路正常供電。
2、當(dāng)輸入電壓Vin在5.1V到5.7V之間時(shí)：（下圖以輸入電壓 Vin = 5.4V 舉例）
此時(shí)輸入電壓Vin ＝ 5.4V，大于穩(wěn)壓管D1的穩(wěn)壓值5.1V，所以穩(wěn)壓管導(dǎo)通并穩(wěn)壓在5.1V。
此時(shí)三極管Q2的 Vbe = 5.1V - 5.4V= -0.3V。PN結(jié)的導(dǎo)通電壓要求Vbe達(dá)到-0.6V，所以三極管Q2仍然不導(dǎo)通。
MOS管Q1的g極被電阻R3拉到0V。MOS管Q1的 Vgs = -5.4V, 所以MOS管Q1導(dǎo)通， Vout電壓等于5.4V，對(duì)后級(jí)電路正常供電。
3、當(dāng)輸入電壓 Vin > 5.7V時(shí)：（下圖以輸入電壓 Vin = 5.8V 舉例）
此時(shí)存在3條電流路徑。
- 紅色的電流路徑①：電阻R1兩端的電壓 = 5.8V - 5.1V = 0.7V，流過0.7mA的電流。
- 粉色的電流路徑②：三極管Q2的Vbe = 5.2V - 5.8V = -0.6V，三極管Q2被打開。
- 藍(lán)色的電流路徑③：三極管Q2被打開，流過R3的電流 = 5.8 / 4.7 = 1.23mA。
此時(shí)MOS管Q1的 Vgs = 0，所以MOS管Q1不導(dǎo)通，即此時(shí)“5V過壓保護(hù)電路”認(rèn)為輸入電壓Vin已經(jīng)過高，將輸出電壓Vout關(guān)斷，從而保護(hù)了后面的負(fù)載電路。
輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關(guān)系大致如下：
二、電路擴(kuò)展之①
如果要改為其他電壓的過壓保護(hù)電路，主要是換用不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管就行。
▲ 某一系列的穩(wěn)壓管有多種穩(wěn)壓值可選
換了穩(wěn)壓管，當(dāng)然還要對(duì)應(yīng)留意其他元件的參數(shù)，看是否要修改。
▲ 一種玻璃管封裝的穩(wěn)壓管
比如：
- 1、穩(wěn)壓管D1的限流電阻R1是否要調(diào)整。電流太小穩(wěn)壓管不導(dǎo)通，電流太大則電路功耗增加。
- 2、三極管Q2的基極限流電阻R2是否要調(diào)整。
- 3、MOS管Q1的Vgs是否還在合理范圍。
三、電路擴(kuò)展之②
MOS管的Vgs電壓不能設(shè)得過大，否則MOS管會(huì)損壞。
具體的值可以查看MOS管的數(shù)據(jù)手冊(cè)，下表的例子中，Vgs不能超出-12V至+12V的范圍。
▲ 截取自某款MOS管的數(shù)據(jù)手冊(cè)
為了不讓Vgs超出限值，加入電阻R4即可：
▲ 加入電阻R4
R4兩端的電壓即Vgs的電壓，由于R4與R3一起對(duì)輸入電壓Vin進(jìn)行分壓，故減小了Vgs的電壓值。
舉例：當(dāng)Vin = 12V、R3=R4=10K歐姆，且三極管Q2不導(dǎo)通時(shí)，Vgs被分壓到6V。
四、最后
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