5V过压保护电路

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所属分类:功能电路

采用5V供电的设备,当供电电压因各种原因变得过高,可能会烧坏设备。

5V过压保护电路

▲ 当妹纸接入过高的电压

于是5V过压保护电路有了用武之地。

5V过压保护电路

▲ 5V过压保护电路

 

一、电路分析

1、当输入电压 Vin < 5.1V 时:(下图以输入电压 Vin = 5V 举例)

5V过压保护电路

D1是5.1V稳压管,此时输入电压Vin才5V,小于5.1V,所以稳压管D1未进入稳压状态,不导通。

5.1V稳压管不导通,导致三极管Q2的b极和e极都是5V,也就是Vbe = 0,所以三极管Q2也不导通。

MOS管Q1的g极被电阻R3拉到0V,MOS管Q1的 Vgs = 0V - 5V = -5V, 所以MOS管Q1导通, Vout电压等于5V,对后级电路正常供电。

2、当输入电压Vin在5.1V到5.7V之间时:(下图以输入电压 Vin = 5.4V 举例)

5V过压保护电路

此时输入电压Vin = 5.4V,大于稳压管D1的稳压值5.1V,所以稳压管导通并稳压在5.1V。

此时三极管Q2的 Vbe = 5.1V - 5.4V= -0.3V。PN结的导通电压要求Vbe达到-0.6V,所以三极管Q2仍然不导通。

MOS管Q1的g极被电阻R3拉到0V。MOS管Q1的 Vgs = -5.4V, 所以MOS管Q1导通, Vout电压等于5.4V,对后级电路正常供电。

3、当输入电压 Vin > 5.7V时:(下图以输入电压 Vin = 5.8V 举例)

5V过压保护电路

此时存在3条电流路径。

  • 红色的电流路径①:电阻R1两端的电压 = 5.8V - 5.1V = 0.7V,流过0.7mA的电流。
  • 粉色的电流路径②:三极管Q2的Vbe = 5.2V - 5.8V = -0.6V,三极管Q2被打开。
  • 蓝色的电流路径③:三极管Q2被打开,流过R3的电流 = 5.8 / 4.7 = 1.23mA。

此时MOS管Q1的 Vgs = 0,所以MOS管Q1不导通,即此时“5V过压保护电路”认为输入电压Vin已经过高,将输出电压Vout关断,从而保护了后面的负载电路。

输入电压Vin与输出电压Vout的关系大致如下:

5V过压保护电路

 

二、电路扩展之①

如果要改为其他电压的过压保护电路,主要是换用不同稳压值的稳压管就行。

5V过压保护电路▲ 某一系列的稳压管有多种稳压值可选

换了稳压管,当然还要对应留意其他元件的参数,看是否要修改。

5V过压保护电路

▲ 一种玻璃管封装的稳压管

比如:

  • 1、稳压管D1的限流电阻R1是否要调整。电流太小稳压管不导通,电流太大则电路功耗增加。
  • 2、三极管Q2的基极限流电阻R2是否要调整。
  • 3、MOS管Q1的Vgs是否还在合理范围。

 

、电路扩展之②

MOS管的Vgs电压不能设得过大,否则MOS管会损坏。

具体的值可以查看MOS管的数据手册,下表的例子中,Vgs不能超出-12V至+12V的范围。

5V过压保护电路▲ 截取自某款MOS管的数据手册

为了不让Vgs超出限值,加入电阻R4即可:

5V过压保护电路▲ 加入电阻R4

R4两端的电压即Vgs的电压,由于R4与R3一起对输入电压Vin进行分压,故减小了Vgs的电压值。

举例:当Vin = 12V、R3=R4=10K欧姆,且三极管Q2不导通时,Vgs被分压到6V。

5V过压保护电路

 

四、最后

如果写清楚了的话,记得点赞,一起加油哦!

5V过压保护电路

 

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目前评论:13   其中:访客  6   博主  7

    • lollipoporz 0

      沙发,楼主的文章总是简明清晰,写的很好,加油继续

        • LR梁锐 Admin

          @lollipoporz 哈哈,感谢鼓励!可惜新注册的公众号不开放留言功能,希望这个回复你能看到:)

        • will 1

          PMBT3904是NPN,图中好像标错了

            • LR梁锐 Admin

              @will 你是对的!PMBT3904是NPN管,文中的Q2用的是PNP管,所以正确型号应该是PMBT3906,感谢指正!

            • Britney 0

              你好,楼主,你写的很全面,给想学习的人分析的很详细,很赞!!
              另外还有个问题想问下当输入电压(假如是30V)高于稳压管承受范围时,则稳压管会坏掉,则三极管的B极电压应与E极电压相一致,则VBE=0,Q2不导通;使得Q1的G端电压为0V,则VGS=0-30V=-30V,则Q1导通,VOUT则输出30V,同时会将后段电路烧坏掉,将起不到过压保护的作用;
              对于这个说法,不知是否合理,还请赐教,谢谢

                • LR梁锐 Admin

                  @Britney 如果稳压管坏掉,并且坏掉后相当于“开路”,并且MOS管Q1不会损坏的话,那么你的分析是对的。实际上MOS管Q1的型号为NCE3407AY,这个型号的MOS管的Vgs电压不能超过正负20V,超过的话这个MOS管会烧掉。后段电路的电压可能上不到30V了,当然估计10多V时后段电路也已经烧掉了。

                • 稻草人的天敌 0

                  不错,非常棒

                  • zxs 0

                    加了R4,不就失去保护电路的功能了?MOS管在12V时一直导通了

                      • LR梁锐 Admin

                        @zxs MOS管在12V时导通,是在假设三极管没有导通的情况下,不是因为加了R4。

                      • jack 0

                        当输入5.8V的时候,Q2基极电压怎么是5.2V呢?

                          • LR梁锐 Admin

                            @jack 这里Q2的PN结压降Veb按0.6V来算,5.8V-0.6V=5.2V。实际PN结压降是0.6-0.7V左右