詳細介紹了過壓保護電路的多種設計方案，包括穩(wěn)壓二極管、穩(wěn)壓芯片LM431、TVS管以及TL431的應用。通過分析各個電路的工作原理，探討了不同方案的優(yōu)缺點，適合不同場景的選擇，特別是強調(diào)了電路參數(shù)的選擇和保護效果。文章還提到了如何結(jié)合實際產(chǎn)品需求和成本考慮，選擇合適的過壓保護電路設計。

由于目前所設計的產(chǎn)品呢無法實現(xiàn)過壓保護，特意學習過壓保護設計，其過壓保護電路設計有以下幾種：

1. 利用穩(wěn)壓二極管的擊穿特性，設計的過壓保護電路

1.1 電路實現(xiàn)原理如下：

當 Vin 電壓輸入正常范圍時，穩(wěn)壓二極管 D1 沒有被擊穿，，未進入穩(wěn)壓狀態(tài)。流過電阻R1，R1的電流基本為0。三極管Q2的Vbe=0，此時Q2處于截止狀態(tài)。MOS管Q1的Vgs由電阻R3，R4分壓決定，PMOS管導通，即電源正常工作。

當Vin輸入大于正常輸入電壓，此時輸入電壓Vin>Vbr，穩(wěn)壓二極管被擊穿，其上電壓為Vbr。三極管Q2導通，Vce≈0，因此Q1的Vgs≈0，mos管關閉，電源電路斷開，從而實現(xiàn)過壓保護。

1.2 說明：

a、電路本身具有通用性，可以根據(jù)具體電路選擇穩(wěn)壓二極管D1及R1的值，R1選取要注意，不能讓流過D1的電流低于起穩(wěn)定電流Iz，否則可能導致管子的穩(wěn)定性能變差；

b、R3、R4要根據(jù)選取的mos管的Vgs來具體做調(diào)整，此處電路還有個風險，輸入電壓過大時可能會把mos管柵源擊穿，可以考慮給柵源極加上一穩(wěn)壓二極管，用以保護Q1柵極。

2. 利用穩(wěn)壓芯片LM431做過壓欠壓保護電路，其典型電路如下：

輸入電壓高于high limit時，左邊LM431的輸出三級管導通，導致右邊的LM431輸出三極管截止，導致最右邊的三極管截止，沒有輸出。

輸入電壓低于low limit是，左邊LM431的輸出三極管截止，這是正常的工作狀態(tài)，但是輸入電壓低于low limit，導致R2B上的分壓過小，右邊LM431的輸出三極管截止，最終導致最右邊的三極管截止，沒有輸出。

這個電路的輸入電壓范圍的low limit和high limit如上圖所示。

3. 利用TVS管做過壓保護

3.1 原理：單向TVS管應用于直流電路時，如下圖所示。當電路正常工作時，TVS 處于截止狀態(tài)（高阻態(tài)），不影響電路正常工作。當電路出現(xiàn)異常過電壓并達到TVS（雪崩）擊穿電壓時，TVS 迅速由高電阻狀態(tài)突變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)，泄放由異常過電壓導致的瞬時過電流到地，同時把異常過電壓鉗制在較低的水平，從而保護后級電路免遭異常過電壓的損壞。當異常過電壓消失后，TVS 阻值又恢復為高阻態(tài)。

3.2 TVS管參數(shù)與選型

選用TVS管，有三個要點需要注意：

選型的過程可以按照以下的思路步驟進行：

4.利用TL431構(gòu)成的電壓精準檢測電路

電路可以應用于電路中檢測高低電壓并輸出對應的高低電平給控制電路。電路中V 為閾值電壓，輸出能力大于1ma。VP 為檢測電路的電平輸出端，輸出高電壓為5V，低電壓為零電位。

4.1 取值計算：基準電壓約為2.5v，一般計算以2.5V 計算。R5和R6電阻精度要求要高。
1：求R6；R6兩端電壓為2.5v，根據(jù)檢測電壓大小和精度要求選擇R6，一般取10K 以上。

2：求R5;R5兩端電壓U5=V-2.5；則R5=（V-2.5）/I5=（V-2.5）/（2.5/R6）

3：R4=（V-2）/1ma。R1=3R2。{V/（R1+R2+R4）}xR2≧0.6v；R3可選10K 以上阻值。

4.2 工作原理：

過電壓檢測時：當檢測電壓低于V 值時，R6兩端電壓小于2.5v，U1不導通，B 點電壓大于Q1導通電壓，Q1導通，VP 低電平。當檢測電壓高于V 值時，R6兩端電壓大于2.5v，U1導通，B 點電壓小于Q1導通電壓，Q1不導通，VP 高電平。

低電壓檢測時，工作原理與過電壓檢測原理相同。

4.3仿真驗真

5. 利用TL431做信號限流保護以及鉗位保護

當輸入電壓增大，輸出電壓增大，導致了輸出采樣增大，這時內(nèi)部電路通過調(diào)整使得流過自身的電流增大，這樣限流電流電阻壓降增大，而輸出電壓等于輸入電壓減限流電阻壓降增大使得輸出電壓減小，實現(xiàn)限流與穩(wěn)壓。

6. 將源電壓通過一系列的電路設計，通過AD（數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片或單片機內(nèi)部AD）讀入MCU，并執(zhí)行相應的決策。

設計思路：將8v到18v中的10v壓差全部映射到AD 0-3.3v的范圍內(nèi)，所以首先將Uo與8V做差分，將電壓抬低到0-10v，然后通過電阻分壓將10v映射到3.3v的范圍內(nèi)。

對于以上過壓設計，結(jié)合實際產(chǎn)品與成本考慮，采用集成芯片做過壓保護電路設計。

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