在現(xiàn)實世界中，電子電路所處的周圍環(huán)境總是變幻莫測的。 人體靜電、雷擊浪涌、誤操作等諸多不可預(yù)料的因素時刻威脅著電子設(shè)備的正常工作。 因此保護電路的作用與意義非常重要。 經(jīng)過多年的發(fā)展，保護電路從最簡單的保險絲一步一步發(fā)展到現(xiàn)如今紛繁復(fù)雜的各種器件，它們分別承擔(dān)著不同的作用。 今天就讓我們一起來看看它們是如何穩(wěn)定保障我們?nèi)粘Ｉ畹陌?

1、短路保護

短路保護電路的主要作用是當(dāng)電路系統(tǒng)中發(fā)生短路情況時及時斷開閉合電路以此保證后續(xù)各個器件的安全。

當(dāng)電源系統(tǒng)發(fā)生短路時，電路中的電流會瞬間增大到正常狀況的好幾倍甚至十多倍。 我們可以利用這個特性，在電路中串入 保險絲 。 當(dāng)電流增大到保險絲的熔斷電流時，保險絲會因為自身過熱而發(fā)生熔斷從而斷開電路， 這是最常見的保護電路之一 。

但是這種保險絲有一個缺點：當(dāng)保險絲熔斷之后，必須由工程人員排除故障之后手動替換新的保險絲，這在一些狹小空間等場合十分不便，因此后來便誕生了“自恢復(fù)保險絲”。 這種保險絲在發(fā)生熔斷之后隨著溫度的降低又會重新接通，這樣便可以在發(fā)生故障時斷開供電開關(guān)，等排查故障之后再打開供電開關(guān)即可。 自恢復(fù)保險絲是如何做到“自恢復(fù)”的呢?

自恢復(fù)保險絲，是由經(jīng)過特殊處理的聚合樹脂及分布在里面的導(dǎo)電粒子組成。

在正常狀況下，聚合樹脂緊密地將導(dǎo)電粒子束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)外，構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電電通路，此時的自恢復(fù)保險絲為低阻狀態(tài)，線路上流經(jīng)自恢復(fù)保險絲的電流所產(chǎn)生的熱能小，不會改變晶體結(jié)構(gòu)。 當(dāng)線路發(fā)生短路或過載時，流經(jīng)自恢復(fù)保險絲的大電流，產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長，形成高阻狀態(tài)，工作電流迅速減小，從而對電路進行限制和保護。 因此由自恢復(fù)保險絲構(gòu)成的保護電路還可以承擔(dān)過熱過流保護。

2、過壓保護

過壓保護是指供電電壓超過額定的電壓時自動斷開供電回路的一種保護電路。 在電子電路設(shè)計中，常見的保護方式是使用齊納二極管的過壓保護。 如圖2-1：

圖2-1

1N4099是一個6.8V的二極管，如果輸入超過6.8V，輸出將被鉗位在6.8V左右。

3、防反接保護

很多電子元器件是不允許電源正負極反接的，在設(shè)計完成的電路板中，外部接口如果沒有防反接設(shè)計，用戶在使用的時候很容易將正負極接錯導(dǎo)致器件燒毀造成財產(chǎn)損失。 防反接設(shè)計電路的原理就是在電源輸入的前級將電源整流至確定的極性再接入固定的后級。 如圖3-1所示：

圖3-1

還有一種防反接方式是當(dāng)電源反接時自動關(guān)斷，如圖3-2所示：

圖3-2

這種電路使用MOS管關(guān)斷，由于MOS管的寄生二極管壓降較小，在正常使用時能夠承受更大的電流。

4、雷擊浪涌保護

雷電是嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，早期的電子設(shè)備如電視機，電冰箱等深受其害。 在筆者兒時的記憶中也經(jīng)常聽說有電視機在雷雨之夜后被打壞，隨著技術(shù)的發(fā)展，這種情況在日常生活中幾乎不再發(fā)生。 這要歸功于雷擊浪涌防護電路。

在發(fā)生雷擊時，接地點附近的零電位會被抬高，導(dǎo)致供電電壓不穩(wěn)定。 如果閃電擊中供電線附近，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也不容小覷。 浪涌的波形很像平靜的海灘上突如其來的海浪，我們形象地稱之為浪涌。

為了消除這種浪涌電壓，比較常用的器件有： 放電管 、 壓敏電阻 、 TVS 、 共模電感等器件。

其中放電管、壓敏電阻與TVS的防護原理是當(dāng)電壓超過一個閾值時，器件的電阻會迅速減小，我們將該器件并聯(lián)在電路中，從而提供一個泄放通道到地。 共模電感便是利用電感的特性，只允許兩個同相相反振幅的電壓通過，而浪涌一般是兩個相同的信號，這樣浪涌就會被抑制，通常共模電感用在放電管、壓敏電阻等器件的后級。

共模浪涌抑制電路如圖4-1所示：

圖4-1

5、靜電防護

在人體接觸電子設(shè)備時時常會發(fā)生靜電放電，特別是在冬季。 實際上上千伏的電壓與上述的雷擊浪涌情況類似，也可以用上述方案處理。

審核編輯：湯梓紅

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