1. 电源防护概述#

电源防护的主要目的是保护电路免受电压波动、过流、反接以及瞬时脉冲等异常情况的影响。具体来说，车载电子产品常见的电源规格包括12V和24V，而手持设备则常见5V电源。常用的防护电路包括：

• 过压保护：防止电压过高，导致设备损坏。
• 过流保护：防止电流过大，避免电路烧毁。
• 防反接保护：确保电源连接极性正确，防止错误连接造成损坏。
• 储能与滤波电路：稳定电源，减少干扰，确保电压稳定。

2. 防护电路设计示例#

示例 1：车载电子产品电源设计#

在车载电子产品中，电源的设计通常会考虑如下防护措施：

• LC滤波：LC滤波电路用于抑制电压波动，保护电路免受车载电源系统中的噪声和干扰。
• 保险丝过流保护：保险丝是最常用的过流保护方案，当电流超过设定值时，保险丝熔断切断电源，保护电路不受损害。
• TVS防护：瞬态电压抑制二极管（TVS）用于吸收高电压脉冲，防止电压尖峰损坏电路。
• 共模电感滤波：共模电感滤波用于应对车载电源的共模干扰，确保电源的稳定性。
• 防反接保护：通常在负极上添加二极管进行反接保护，避免误接电源时损坏设备。

示例 2：车载电子产品电源设计（外置保险丝）#

在另一个车载电子产品设计方案中，电源防护设计包括：

• LC滤波：同样采用LC滤波电路抑制电压波动。
• 共模电感滤波：针对车载电源的共模干扰进行滤波。
• TVS防护：依然采用TVS二极管进行高电压脉冲防护。
• 防反接保护：通过外置保险丝进行过流保护，而无需在电路板上设置保险丝。

3. TVS（二极管瞬态电压抑制器）保护#

TVS二极管是一种常用的瞬态电压抑制器件，能够在电压突变时迅速响应，提供一个低阻抗通道将电流引导至地面，从而保护敏感电路不受高电压脉冲的损害。TVS的关键参数包括：

• VRWM（最大反向工作电压）：此电压下TVS的功耗非常小，应选择低于设备正常工作电压的TVS。
• VBR（反向击穿电压）：表示TVS管开始导通的电压。
• VCL（最大钳位电压）：当TVS通过电流时的钳位电压，用来限制电压尖峰的幅度。
• IPP（最大反向脉冲峰值电流）：TVS管能够承受的最大脉冲电流，超过此值可能导致损坏。

选择合适的TVS管时，需要根据电路的工作电压、最大耐压值和电压尖峰的幅值来进行评估。

4. 防反接保护#

防反接是电源设计中的重要部分，避免误连接电源引发设备损坏。常见的防反接方法包括：

• 二极管防反接：利用二极管的单向导电性进行简单的反接保护。缺点是大电流时功耗较大。
• 二极管桥整流：使用桥式整流电路，可以有效解决电源反接问题，但会增加功耗。
• MOS管防反接：通过MOS管的开关特性来进行防反接保护，具有较低的功耗和更高的效率。

MOS管防反接保护相较于二极管方案，具有更低的导通损耗。N沟道和P沟道MOS管各有其应用场景，N沟道MOS管的导通电阻较小，效率更高，通常更为推荐。

5. 过电流保护#

过电流保护是电源设计中的关键环节，通常采用保险丝进行保护。保险丝工作时，当电流超过设定阈值时，保险丝会熔断，从而切断电路，防止电流过大对电路造成损害。常见的保险丝类型有：

• 自恢复保险丝（PTC）：当过流情况解除后，PTC保险丝可以恢复工作。
• 不可恢复保险丝：一旦熔断，需要更换。

此外，其他过电流保护方案还包括热敏电阻、电流限制电路等。

6. 共模电感与滤波电路#

对于车载电子产品和其他需要高频噪声过滤的设备，采用共模电感滤波是非常常见的方案。共模电感通过两个线圈绕向一致的方式，有效抑制电源系统中的共模噪声。共模电感通常与电容结合使用，以增强滤波效果。

常见的滤波方案包括：

• π型滤波电路：由电容和电感构成，能够有效过滤高频噪声。
• RC与LC滤波电路：在低频噪声抑制方面，RC滤波电路相对简单而成本低廉，而LC滤波电路则能够提供更好的滤波效果，但成本和体积较大。

结论#

电源防护电路设计是保证电子设备稳定运行的关键。通过合理的选择TVS保护、反接保护、过电流保护以及滤波电路，可以有效地提高设备的可靠性和使用寿命。对于车载电子设备而言，车载电源的稳定性至关重要，采用有效的电源防护设计，能够保障设备在恶劣环境中的正常工作，确保用户的安全和设备的稳定性。