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。

 

三、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：16   其中：访客  8   博主  8

    • lollipoporz 0
      回复 2020年12月2日 下午2:24  沙发

      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
          回复 2020年12月2日 下午9:45  1层

          @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
          回复 2021年4月21日 下午5:05  板凳

          PMBT3904是NPN，图中好像标错了

            • LR梁锐 Admin
              回复 2021年4月23日 下午2:27  1层

              @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
              回复 2021年5月18日 下午11:01  地板

              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
                  回复 2021年5月20日 下午6:54  1层

                  @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
                  回复 2021年7月27日 下午7:31  4楼

                  不错，非常棒

                  • zxs 0
                    回复 2021年10月14日 下午7:19  5楼

                    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
                        回复 2021年10月17日 上午1:01  1层

                        @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
                        回复 2021年11月28日 上午12:24  6楼

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

                          • LR梁锐 Admin
                            回复 2021年11月30日 上午9:09  1层

                            @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

                          • welconeying 0
                            回复 2022年9月26日 下午10:04  7楼

                            楼主分析的很到位，不过大部分都是用IC来做了，电压很准确，分立元件有误差。

                            • 11111 0
                              回复 2024年1月29日 下午9:19  8楼

                              Q2导通，UCE不是有个管压降吗，e极怎么还是5.8v

                                • LR梁锐 Admin
                                  回复 2024年2月1日 下午11:18  1层

                                  @11111 Q2饱和导通，Uce管压降几乎为0，所以c极和e极都是5.8V。