【分享】實(shí)用的過(guò)欠壓防反接多功能保護(hù)電路-KIA MOS管

在電網(wǎng)中，由于大功率負(fù)載關(guān)閉等動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致供電電網(wǎng)電壓產(chǎn)生很高的過(guò)壓浪涌，這可能造成設(shè)備因?yàn)檩斎攵诉^(guò)壓浪涌而損壞；當(dāng)設(shè)備輸入電壓過(guò)低時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備工作不穩(wěn)定，甚至損壞輸入電源（電池過(guò)放會(huì)導(dǎo)致電池性能受損）。

為了使設(shè)備工作更可靠，更能適應(yīng)各種惡劣的過(guò)壓浪涌等用電環(huán)境（如機(jī)載設(shè)備要求的80 V/50 ms 過(guò)壓浪涌、車載設(shè)備要求的100 V/500 ms 過(guò)壓浪涌，針對(duì)以上情況分享一款過(guò)欠壓、防反接多功能保護(hù)電路。

過(guò)欠壓、防反接電路構(gòu)成實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，所需器件比較少，僅為普通的電阻、二極管、瞬態(tài)抑制二極管、三極管和N 溝道MOS 管等。本保護(hù)電路成本較低，性價(jià)比較高；過(guò)欠壓響應(yīng)速度快，前端和后端設(shè)備都能得到及時(shí)保護(hù)；電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻僅為幾個(gè)毫歐，壓降幾乎忽略不計(jì)，滿足各種直流輸入電路，不受輸入電壓、電流大小的限制。

電路原理

過(guò)欠壓、防反接多功能保護(hù)電路工作原理如圖1所示。

過(guò)欠壓、防反接多功能保護(hù)電路包括3 個(gè)功能電路部分：過(guò)壓檢測(cè)電路、欠壓檢測(cè)電路和電子開(kāi)關(guān)電路；具有過(guò)壓保護(hù)功能、欠壓保護(hù)功能和防反接保護(hù)功能。過(guò)欠壓、防反接多功能保護(hù)電路適用于各種直流工作電路。

過(guò)壓保護(hù)功能

按圖1 所示，將過(guò)欠壓、防反接多功能保護(hù)電路接入設(shè)備輸入端，當(dāng)輸入電壓超過(guò)設(shè)定的過(guò)壓電壓值時(shí)，過(guò)壓檢測(cè)電路動(dòng)作，控制電子開(kāi)關(guān)電路截止，保護(hù)后端用電設(shè)備的安全。

欠壓保護(hù)功能

當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定的欠壓電壓值時(shí)，欠壓檢測(cè)電路動(dòng)作，控制電子開(kāi)關(guān)電路截止，保護(hù)前端電源（電池）設(shè)備。

防反接保護(hù)功能

當(dāng)輸入端的正負(fù)極性反接，防反接保護(hù)電路控制電子開(kāi)關(guān)電路截止，既保護(hù)了后端用電設(shè)備，也保護(hù)了前端供電設(shè)備。

電路設(shè)計(jì)

1.使用條件

--使用位置：適用于任何直流輸入端、輸出端；

--輸入電壓：適用于任何直流輸入電壓；

--輸入電流：適用于任何直流輸入電流。

2.組成電路

1.過(guò)欠壓、防反接電路

過(guò)欠壓、防反接電路如圖2 所示。它由過(guò)壓檢測(cè)電路、欠壓檢測(cè)電路和電子開(kāi)關(guān)電路3 個(gè)部分組成。

2.過(guò)壓檢測(cè)電路

過(guò)壓檢測(cè)電路見(jiàn)圖2 所示，主要由電阻R1、電阻R4、瞬態(tài)抑制二極管V1、三極管V2 和二極管V3 組成。輸入端電壓工作在過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，電阻R1 限制流過(guò)

瞬態(tài)抑制二極管的電流，調(diào)整電阻R1 阻值可以保護(hù)瞬態(tài)抑制二極管V1 不受損壞；當(dāng)輸入電壓過(guò)壓時(shí)，瞬態(tài)抑制二極管V1 反向擊穿工作，使用反向擊穿電壓大小不同的瞬態(tài)抑制二極管V1，可以適用不同輸入電壓的過(guò)壓電路；三極管V2 根據(jù)基極電流信號(hào)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)高低電位；當(dāng)輸入電壓低于過(guò)壓值時(shí)，電阻R4 將三極管V2 的基極電壓箝位在低電位，三極管V2 處于截止?fàn)顟B(tài)，防止三極管V2 誤動(dòng)作。

當(dāng)輸入端工作電壓低于過(guò)壓臨界電壓時(shí)，瞬態(tài)抑制二極管反向截止，三極管V2 由于電阻R4 的箝位作用，控制信號(hào)為高阻狀態(tài)；當(dāng)輸入端工作電壓高于過(guò)壓臨界電壓時(shí)，瞬態(tài)抑制二極管V1 反向擊穿，輸入端電壓電流經(jīng)電阻R1 限流后，流入三極管V2 的基極，三極管屬于電流控制型，三極管V2 飽和導(dǎo)通，控制信號(hào)拉低到低電壓0.7 V（二極管V3 的導(dǎo)通電壓）。

3.欠壓檢測(cè)電路

欠壓檢測(cè)電路如圖2 所示，主要由電阻R2、瞬態(tài)抑制二極管V4、電阻R3 和二極管V5 組成。

在輸入端電壓工作在正常電壓范圍內(nèi)時(shí)，電阻R2、R3 限制流過(guò)欠壓檢測(cè)電路的電流，保護(hù)瞬態(tài)抑制二極管V4 和組成分壓電阻網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)控制信號(hào)電壓的大小。

當(dāng)輸入電壓超過(guò)欠壓電壓時(shí)瞬態(tài)抑制二極管V4 反向擊穿工作，使用反向擊穿電壓大小不同的瞬態(tài)抑制二極管V4，可以適用不同的欠壓電路；在輸入端電壓工作在低于欠壓電壓值時(shí)，電阻R3 拉低控制信號(hào)電平到0.7 V（二極管V5 的導(dǎo)通電壓）。

當(dāng)輸入端工作電壓高于欠壓電壓臨界值時(shí)，瞬態(tài)抑制二極管V4 反向擊穿，控制信號(hào)電平為電阻R3 分壓電壓。當(dāng)輸入端工作電壓低于欠壓電壓時(shí)，瞬態(tài)抑制二極管V4 反向截止，電阻R3 將控制信號(hào)電壓拉低到0.7 V。

4.電子開(kāi)關(guān)電路

電子開(kāi)關(guān)電路見(jiàn)圖2 所示，由N 溝通MOS 管Q1、Q2 和保護(hù)穩(wěn)壓管V6 組成。

穩(wěn)壓管V6 限制MOS 管Q1、Q2 的柵源電壓不超過(guò)設(shè)定的電壓范圍，保護(hù)MOS 管Q1、Q2 的柵源電壓不超過(guò)器件柵源電壓的最大值。

控制信號(hào)電平為MOS 管Q1、Q2 的柵源電壓。當(dāng)MOS 管Q2 的柵源電壓高于自身門極閾值時(shí)，MOS 管Q1、Q2 的漏極與源極導(dǎo)通，負(fù)載負(fù)極與輸入負(fù)極導(dǎo)通，MOS 管Q1、Q2 的導(dǎo)通電阻為幾毫歐，負(fù)極壓降可以忽略不計(jì)。

功能裁剪與組合

1.過(guò)壓保護(hù)功能

過(guò)壓保護(hù)功能電路如圖3 所示，由過(guò)壓檢測(cè)電路（去掉了二極管V3）、電子開(kāi)關(guān)電路（去掉了MOS 管Q1）和欠壓檢測(cè)電路（去掉了瞬態(tài)抑制二極管V4 和二極管V5）組成。

當(dāng)過(guò)壓檢測(cè)電路檢測(cè)到輸入電壓高于過(guò)壓值時(shí)，控制信號(hào)電平被三極管V2 拉低到低電平，MOS 管Q2 的柵極電壓箝位到低電平，低于自身門極閾值，MOS 管Q2 處于截止?fàn)顟B(tài)，輸入負(fù)極和負(fù)載負(fù)極不導(dǎo)通，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極形成不了電路回路，實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)功能。

2.欠壓保護(hù)功能

欠壓保護(hù)功能電路如圖4 所示，由欠壓檢測(cè)電路（去掉了二極管V5）和電子開(kāi)關(guān)電路（去掉了MOS 管Q1）組成。

當(dāng)輸入端工作電壓高于欠壓電壓值時(shí)，欠壓檢測(cè)電路工作，控制信號(hào)電平高于MOS 管Q2 的門極閾值，MOS 管Q2 的漏極與源極導(dǎo)通，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極組成電路回路。

當(dāng)輸入端工作電壓低于欠壓電壓值時(shí)，電阻R3 將MOS 管Q2 的柵極電壓拉低到低電平，MOS 管Q2 的漏極與源極不導(dǎo)通，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極組成不了電路回路，實(shí)現(xiàn)了欠壓保護(hù)功能。

3.防反接保護(hù)功能

防反接保護(hù)功能電路如圖5 所示，由欠壓檢測(cè)電路（去掉了瞬態(tài)抑制二極管V4）和電子開(kāi)關(guān)電路組成。

當(dāng)輸入端正負(fù)極正常連接時(shí)，電阻R2 和R3 的分壓電平保證控制信號(hào)電平電壓高于MOS 管Q1、Q2 的門極閾值，MOS 管Q2 的漏極與源極導(dǎo)通，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極形成電路回路。

當(dāng)輸入正負(fù)極反接時(shí)，①由于二極管V5 的單向?qū)ㄐ裕妷翰荒芙?jīng)由電阻R2、R3 分壓；②電阻R2將MOS 管Q1、Q2 的柵極電壓拉低到輸入負(fù)極電壓，MOS 管Q1、Q2 的源極和漏極關(guān)斷；

③ MOS 管Q1的內(nèi)部二極管的單向?qū)ㄐ裕斎胝龢O電壓不能通過(guò)MOS 管Q1。由于這三方面的作用，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極無(wú)法組成電路回路，實(shí)現(xiàn)了防反接保護(hù)功能。

4.過(guò)欠壓、防反接保護(hù)功能

過(guò)欠壓防反接保護(hù)功能電路如圖2 所示。當(dāng)輸入端工作電壓低于欠壓值時(shí)，由于欠壓保護(hù)的作用，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極形成不了電路回路，實(shí)現(xiàn)了欠壓保護(hù)功能。

當(dāng)輸入端工作在正常電壓范圍時(shí)，MOS 管Q2 的柵源電壓高于門極閾值，MOS 管Q2 的源極和漏極導(dǎo)通，由于MOS 管Q1 的內(nèi)部二極管單向?qū)ㄐ裕斎胝龢O、負(fù)載和輸入負(fù)極形成了電路回路，電路能正常地工作。

當(dāng)輸入端電壓工作高于過(guò)壓值時(shí)，由于過(guò)壓保護(hù)的作用，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極形成不了電路回路，實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)功能。當(dāng)輸入端的正、負(fù)極反接時(shí)，由于防反接保護(hù)功能，輸入正極、負(fù)載和輸入負(fù)極形成不了電路回路，實(shí)現(xiàn)了防反接保護(hù)功能。

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