任何電子設備的可靠性都取決于硬件保護電路的設計。終端用戶很可能會犯各式各樣的錯誤，所以優秀的硬件設計師需要負責硬件失誤的發生。許多保護電路都有著各自的公用。最常見的保護電路有過壓保護電路，反接保護電路，電流浪涌保護電路和噪聲保護電路等。在本文中，我們來討論的是撬棍電路，這是一種電子設備中常用的過壓保護電路。
所需元器件
· 保險絲
· 齊納二極管
· 晶閘管
· 電容
· 電阻
· 肖特基二極管
撬棍電路原理圖
完整的撬棍電路如下圖所示。
藍色探針部分為輸入電壓，電路的目的是在供電電壓超過9.1V時切斷電源。其中每一部分的作用我們在下方的原理中講。
撬棍電路的工作原理
撬棍電路會監控輸入電壓，當其超過限定值時，會產生短路電流使保險絲熔斷。一旦保險絲熔斷則電源與負載斷開，從而預防高電壓的傷害。電路會在電源線上產生短路，就像是撬棍掉在了電源線之間一樣，所以叫做撬棍電路。
而何種電壓下產生短路則取決于齊納電壓。電路由一個晶閘管構成，晶閘管會直接連在輸入電壓和地之間，但晶閘管因為門極接地所以默認為關斷狀態。當輸入電壓超過齊納電壓后，齊納二極管導通，因此電壓加到晶閘管門極，使得輸入電壓與地之間產生短路。短路會從電源中產生龐大的電流，從而熔斷保險絲，使得負載與電源斷開。
以上圖片展示了過壓保護的過程。電壓增加到9.75V后，保險絲熔斷。其中每一個元器件的功能如下：
保險絲：保險絲的額定熔斷電流應低于晶閘管的最大額定電流，但要大于負載所消耗的電流。我們要確保故障發生時有足夠的電流來熔斷保險絲。
0.uF電容：這是一個濾波電容；它會濾除尖峰或其它噪音，防止它們影響電路誤觸發。
9.1V齊納二極管：該二極管決定了過壓的電壓值，我們此處使用的是9.1V。設計者可以根據自己的需求選取該二極管的參數。
1kΩ電阻：這是一個下拉電阻，為了確保晶閘管的門極接地，并能在齊納二極管導通之前處于關斷狀態。
47nF電容：每個晶閘管這樣的電源開關都需要緩沖電路，從而抑制開關時的電壓尖峰并預防晶閘管的誤觸發。電容容值需要剛好能夠濾除噪聲，因為高容值會提高施加門極脈沖后晶閘管導通的延遲。
肖特基二極管：該二極管并不是必須的，此處僅為保護用。它的存在是為了確保我們不會從負載端流出反向電流從而損壞保護電路。使用肖特基二極管而非普通二極管的原因是因為壓降小。
撬棍電路的限制
盡管撬棍電路用途廣泛，但它還是有如下限制：
1.電路過壓值完全取決于齊納電壓值，而齊納二極管的可選值很少。
2.電路還會受到噪音問題的影響；噪音會導致誤觸發而熔斷保險絲。
3.保險絲熔斷后，需要等電壓正常后人工操作才可以使得負載重新運作。
4.機械保險絲的替換需要花費精力，時間以及成本。 |
