保护电路设计方法- 过电压保护
2.过电压
保护
⑴过电
压的产生
及抑制方
法
①过电
压产生的原因
对于IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD逆向恢复时，产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感，就产生了L di/dt电压（关断浪涌电压）。
这里，以IGBT关断时的电压波形为例，介绍产生原因和抑制方法，以具体电路（均适用IGBT/FWD）为例加以说明。
为了能观测关断浪涌电压的简单电路的图6中，以斩波电路为例，在图7中示出了IGBT关断时的动作波形。
关断浪涌电压，因IGBT关断时，主电路电流急剧变化，在主电路分布电感上，就会产生较高的电压。关断浪涌电压的峰值可用下式求出：
V CESP=E d＋(-L dI c/dt)
式中dl c/dt为关断时的集电极电流变化率的最大值；V CESP为超过IGBT的C-E间耐压(V CES)以至损坏时的电压值。
②过电压抑制方法
作为过电压产生主要因素的关断浪涌电压的抑制方法有如下几种：
1.在IGBT中装有保护电路（=缓冲电路）可吸浪涌电压。缓冲电路的电容，采用薄膜电容，并靠近IGBT
配置，可使高频浪涌电压旁路。
2.调整IGBT的驱动电路的V CE或R C，使di/dt最小。
3.尽量将电件电容靠近IGBT安装，以减小分布电感，采用低阻抗型的电容效果更佳。
4.为降低主电路及缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好，用铜片作接线效果更佳。
⑵缓冲电路的种类和特
缓冲电路中有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓冲电路二类。
①个别缓冲电路
为个别缓冲电路的代表例子，可有如下的缓冲电路
1.RC缓冲电路
2.充放电形RCD缓冲电路
3.放电阻止形RCD缓冲电路
表3中列出了每个缓冲电路的接线图。特点及主要用途。
表3 单块缓冲电路的接线圈特点及主电用途
②整体缓冲电路
作为这类缓冲电路的代表例子，有下面几种缓冲电路
1.C缓冲电路
2.RCD缓冲电路
最近，为简化缓冲电路的设计，大多采用整体缓冲电路。表4列出了各种整体缓冲电路的接线图和特点，主要用途。表5中列出了采用整体缓冲电路时的缓冲电路容量的数值，图8示出了这类缓冲器开断波形的例子。
表4 整体缓冲电路的接线图特点及主要用途
表5 整体（缓冲容量数值）
R G(Ω)
样品：2MBI100N-060
Ed （Vcc)=300V V GE ＝＋15，－15V R G =24 Cs ＝0．47UF
⑶ 放电阻止形RCD 缓冲电路设计方法
作为IGBT 缓冲电路，认为最合理的放电阻止形RCD 缓冲电路的基本设计方法说明如下：
① 是否适用的研讨
图9 示出了使用放电阻止形RCD 缓冲电路时关断时的动作轨迹图
放电阻止形RCD 缓冲器，当IGBT 的C-E 间电压超过直流电源电压时开始工作，其理想的动作轨迹用点线来表示。
但是，在实际装置中’由於缓冲电路接线电感及缓冲二极管过渡正向电压下降的影响，关断时尖峰电压的存在，变成了向右扩张的，如实线所示。
放电阻止形RCD 缓冲电路是否时适用取决於关断时动作轨述能否收拔在IGBT 的RBSOA 内而定
另外。关断时的峰值电压可用下式求出：
式中 Ed ： VFM ： Ls ： dl c /dt ： 直流电源电压
缓冲二极管过渡止向电压降 缓冲电路的接线电感
关断时的集电极电流变化率的最大值
缓冲二极管的一般过度正向电压降的参考值通常如下
600V 级：20-30V 1200V 级：40～
60V
②缓冲电容（Cs)容量值的计示方法
缓冲电容所必须的容量值可用下式求出：
式中L：
Io：
V CEF：
Ed：主电路的分布电感
IGBT关断时的集电极电流缓冲电容电压的最终值
直流电源电压
V CEF必须控制在小於IGBT的C-E间耐压值。此外，缓冲电容，要选用高频特性优良的电容（薄膜电容器等）。
③缓冲电阻（Rs）值的求法
对缓冲电阻性能要求是IGBT能进行关断动作，能将缓冲电容上积聚电荷通放电来进行。IGBT关断时，以放电90%的积聚电荷为条件，由下式可求出缓冲电阻值。
如果将缓冲电阻值设定得过低，缓冲电路冲电流可能振荡，由於IGBT接通时集电极电流峰值增加、在上式荡是的范围内，请设定在最高值为佳。
缓冲电阻产生的损耗P(Rs)和阻值系可由下式求得。
④缓冲二极管的选定
缓冲二极管过渡正向电压降减小是关断时尖峰电压产生的主要原因之一。
另外，缓冲二极管逆向恢复时间变长，在高频开关工作时，使缓冲二极管产生的损耗变大“，缓冲二极管
的逆向恢复动作变得困难，在缓冲二极管逆向恢复动作时，IGBT的C-E间电压急剧增大且产生振荡。对于缓冲二极管，要选择过度正向电压低，逆向恢复时间短，逆向恢复特性较软（容易）的为佳。
⑤跟随电路接线上的注意事项
由于缓冲电路的接线是导致尖峰电压产生的主要原因，所以，电路器件的配置，尽量使分布电感降低为好。
防反接保护电路 防反接保护电路 1，通常情况下直流电源输入防反接保护电路是利用二极管的单向导电性来实现防反接保护。如下图1示： 这种接法简单可靠，但当输入大电流的情况下功耗影响是非常大的。以输入电流额定值达到2A,如选用Onsemi的快速恢复二极管MUR3020PT，额定管压降为0.7V，那么功耗至少也要达到：Pd＝2A×0.7V＝1.4W，这样效率低，发热量大，要加散热器。 2,另外还可以用二极管桥对输入做整流，这样电路就永远有正确的极性(图2)。这些方案的缺点是，二极管上的压降会消耗能量。输入电流为2A时，图1中的电路功耗为1.4W，图2中电路的功耗为2.8W。 图1，一只串联二极管保护系统不受反向极性影响，二极管有0.7V的压降 图2 是一个桥式整流器，不论什么极性都可以正常工作，但是有两个二极管导通，功耗是图1的两倍MOS管型防反接保护电路 图3利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。 极性反接保护将保护用场效应管与被保护电路串联连接。保护用场效应管为PMOS场效应管或NMOS场效应管。若为PMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的接地端和电源端，其漏极连接被保护电路中PMOS元件的衬底。若是NMOS，其栅极和源极分别连接被保护电路的电源端和接地端，其漏极连接被保护电路中NMOS元件的衬底。一旦被保护电路的电源极性反接，保护用场效应管会形成断路，防止电流烧毁电路中的场效应管元件，保护整体电路。 具体N沟道MOS管防反接保护电路电路如图3示
电子技术课程设计 课程名称：过欠电压保护提示电路院系：电气与信息工程学院 专业班级：自动化09101 班 学生姓名：曾凡林 学生学号： 200916010111 指导教师：潘湘高 完成时间：2011.6.4 报告成绩：
摘要 当异动的电网电压高于或低于用电设备的正常工作电压范围时，过、欠压报警装置能自动切断用电设备的电源，从而起到保护用电设备的作用。当电网电压恢复到正常范围内后，经过过、欠压报警装置电路的延迟，将自动恢复电网电压对用电设备的供电，保证了用电设备正常安全地运行。当电网交流电压≥250V或≤180V时，经3～4秒后本装置将切断用电设备的交流供电。在电网交流电压恢复正常后，经本装置延迟3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。 ABSTRACT When the voltage changes of the electrical equipment above or below the normal operating voltage range, too, under-voltage alarm device to automatically cut the power consumption of equipment in order to play a role in the protection of electrical equipment. When the grid voltage back to the normal range after, and under-voltage alarm circuit of the delay in the resumption of the automatic voltage power supply to electrical equipment to ensure the safety of electrical equipment to run normal. When the power grid or ≥ 250V AC voltage ≤ 180V when, after 3 to 4 seconds after the device to cut off the exchange of electricity supply equipment, while using light-emitting LED warning. AC voltage in the grid back to normal after delays in the device 3 to 5 minutes after the resumption of exchange of electricity supply equipment.
新疆大学 课程设计报告 所属院系：科学技术学院 专业：电气工程及其自动化 课程名称：电子技术基础上 设计题目：过电压保护电路设计 班级：电气14-1 学生姓名：庞浩 学生学号：20142450007 指导老师: 常翠宁 完成日期：2016. 6. 30
1．双向二极管限幅电路
图2 经典过电压保护电路 经典过电压保护电路虽然有许多优点，但是由于Multisim 12.0中无法找到元件 MAX6495,无法进行仿真，所以不选用该方案。 3．智能家电过电压保护电路 电路原理：该装置工作原理见图，电容器C1将220V 交流市电降压限流后，由二极管1D V 、 2D V 整流，电容器2C 担任滤波，得到12V 左右的直流电压。当电网电压正常时， 稳压二极管VDW 不能被击穿导通，此时三极管VT 处于截止状态，双向可控硅VS 受到电压触发面导通，插在插座XS 中的家电通电工作。（图3） 图3 智能家电过压保护电路 如果电网电压突然升高，超过250V ，此时在RP 中点的电压就导致VDW 击穿导通，VDW 导通后，又使得三极管VT 导通，VT 导通后，其集电极—发射极的压降很小，不足以触发VS ，又导致VS 截止，因此插座XS 中的家电断电停止工作，因而起到了保护的目的。一旦电网电压下降，VT 又截止，VT 的集电极电位升高，又触发VS 导通，家电得电继续工作。 R 电阻5.1K1，RP 电位器15K 选用多圈精密电位器1，C1金属化纸介电容0.47uF 耐压≥400V1，C2电解电容100uF/25V1，1D V 、 2D V 整流二极管IN40072，VDW 稳压二极管 12V 的2CW121，VT 晶体三极管3DA87C 、3DG12等1，VS 双向可控硅6—10A 耐压≥600V1，CZ 电源插座10A 250V1 该装置的调试十分简单，当电网电压为220V 时，调整RP ，使VDW 不击穿，当电压升高至250V ，VT 饱和导通即可，调试时用一调压变压器来模拟市电的变化更方便。 优点：能够保护家用电器避免高电压的冲击带来的伤害，、 缺点：需要购买二极管，NPN 型BJT 以及双向可控硅VS ，不太经济。
详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
过流保护电路如上图所示。此电路是过流保护电路，其中100kΩ电阻用来限流，通过比较器LM311 对电流互感器采样转化的电压进行比较，LM311的3脚接一10kΩ电位器来调比较基准电压，输出后接一100Ω的电阻限流它与后面的220μF的电容形成保护时间控制。当电流过流时比较器输出是高电平产生保护，使SPWM不输出，控制场效应管关闭，等故障消除，比较器输出低电平，逆变器又自动恢复工作。 1.第一个部分是电阻取样...负载和R1串联...大家都知道.串联的电流相等...R2上的电压随着负载的电流变化而变化...电流大,R2两端电压也高...R3 D1组成运放保护电路...防止过高的电压进入运放导致运放损坏...C1是防止干扰用的... 2.第二部分是一个大家相当熟悉的同相放大器...由于前级的电阻取样的信号很小...所以得要用放大电 路放大.才能用...放大倍数由VR1 R4决定... 3.第三部分是一个比较器电路...放大器把取样的信号放大...然后经过这级比较...从而去控制后级的动作...是否切断电源或别的操作...比较器是开路输出.所以要加上上位电阻...不然无法输出高电平... 4.第四部分是一个驱动继电器的电路...这个电路和一般所不同的是...这个是一个自锁电路... 一段保护 信号过来后...这个电路就会一直工作...直到断掉电源再开机...这个自锁电路结构和单向可控硅差不多. 1 采用电流传感器进行电流检测过流检测传感器的工作原理如图1所示。通过变流器所获得的变流器次级电流经I／V转换成电压，该电压直流化后，由电压比较器与设定值相比较，若直流电压大于设定值，则发出辨别信号。但是这种检测传感器一般多用于监视感应电源的负载电流，为此需采取如下措施。由于感应电源启动时，启动电流为额定值的数倍，与启动结束时的电流相比大得多，所以在单纯监视电流电瓶的情况下，感应电源启动时应得到必要的输出信号，必须用定时器设定禁止时间，使感应电源启动结束前不输出不必要的信号，定时结束后，转入预定的监视状态。 2 启动浪涌电流限制电路开关电源在加电时，会产生较高的浪涌电流，因此必须在电源的输入端安装防止浪涌电流的软启动装置，才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围内。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现出较低的阻抗。如果不采取任何保护措施，浪涌电流可接近数百A。 开关电源的输入一般采用电容整流滤波电路如图2所示，滤波电容C可选用低频或高频电容器，若用低频电容器则需并联同容量高频电容器来承担充放电电流。图中在整流和滤波之间串入的限流电阻Rsc是为了防止浪涌电流的冲击。合闸时Rsc限制了电容C的充电电流，经过一段时间，C上的电压达到预置值或电容C1上电压达到继电器T动作电压时，Rsc被短路完成了启动。同时还可以采用可控硅等电路来短接Rsc。当合闸时，由于可控硅截止，通过Rsc对电容C进行充电，经一段时间后，触发可控硅导通，从而短接了限流电阻Rsc。 3 采用基极驱动电路的限流电路在一般情况下，利用基极驱动电路将电源的控制电路和开关晶体管隔离开。控制电路与输出电路共地，限流电路可以直接与输出电路连接，工作原理如图3所示，当输出过载或者短路时，V1导通，R3两端电压增大，并与比较器反相端的基准电压比较。控制PWM信号通断。 4 通过检测IGBT的Vce 当电源输出过载或者短路时，IGBT的Vce值则变大，根据此原理可以对电路采取保护措施。对此通常使用专用的驱动器EXB841，其内部电路能够很好地完成降栅以及软关断，并具有内部延迟功能，可以消除干扰产生的误动作。其工作原理如图4所示，含有IGBT过流信息的Vce不直接发送到EXB841 的集电极电压监视脚6，而是经快速恢复二极管VD1，通过比较器IC1输出接到EXB841的脚6，从而消除正向压降随电流不同而异的情况，采用阈值比较器，提高电流检测的准确性。假如发生了过流，驱动器：EXB841的低速切断电路会缓慢关断IGBT，从而避免集电极电流尖峰脉冲损坏IGBT器件。 为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或过载，致使调整管流过很大的电流，使之损坏。故需有快速保护措施。过流保护电路有限流型和截流型两种。 限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。图4-2为其简要电路图。图中R为一小电阻，用于检测负载电流。当IL不超过额定值时，T1、截止；当IL 超过额定值时，T'1导通，其集电极从T1的基极分流。从而实现对T1管的保护
直流电源过电压、欠电压及过流保护电路 该保护电路在直流电源输入电压大于30V或小于18V或负载电 流超过35A时，晶闸管都将被触发导 通，致使断路器QF跳闸。图中，YR 为断路器QF的脱扣线圈；KI为过电 流继电器。 带过流保护的电动自行车无级调速电路
图中，RC为补偿网络，以改善电动机的力矩特性。具体数值由实验决定。 电路如图16-91所示。它适用于电动自行车或电动三轮车。调节电位器RP，可改变由555 时基集成电路A组成的方波发生器的方波占空比，达到调速的目的。Rs是过电流取样电 阻，当电动机过载时，Rs上的压降增大，使三极管VTz导通，触发双向晶闸管V导通，分 流了部分负载，从而保护了功率管VTi。 过流保护用电子保险的制作电路图 本电路适用于直流供电过流保护，如各种电池供电的场合。 如果负载电流超过预设值，该电子保险将断开直流负载。重置电路时，只需把电源关掉，然后再接通。该电路有两个联接点(A、B标记)，可以连接在负载的任意一边。 负载电流流过三极管T4、电阻R10和R11。A、B端的电压与负载电流成正比，大多数的电压分配在电阻上。当电源刚刚接通时，全部电源电压加在保险上。三极管T2由R4的电流导通，其集电极的电流值由下式确定：VD4=VR7+0.6。因为D4上的电压(VD4)和R7上的电压(VR7)是恒定的，所以T2的集电极电流也是恒定。该三极管提供稳定的基极电流给T3，因而使其导通，接着又提供稳定的基极电流给T4。保险导电，负载有电流流过。当电源刚接通时，电容器C1提供一段延时，从而避免T1导电和保持T2断开。
保险上的电压(VAB)通常小于2V，具体值取决于负载电流。当负载电流增大时，该电压升高，并且在二极管D4导通时，达到分流部分T2的基极电流，T2的集电极电流因而受到限制。由此，保险上的电压进一步增大，直到大约4.5V，齐纳二极管D1击穿，使T1导通，T2便截止，这使得T3和T4也截止，此时保险上的电压增大，并且产生正反馈，使这些三极管保持截止状态。 C1的作用是给出一段短时延迟，以便保险可以控制短时过载，如象白炽灯的开关电流，或直流电机的启动电流。因此，改变C1的值可以改变延迟时间的长短。该电路的电压范围是10～36V的直流电，延迟时间大约0.1秒。对于电路中给出的元件值，负载电流限制为1A。通过改变元件值，负载电流可以达到10mA～40A。选择合适额定值的元件，电路的工作电压可以达到6～500V。通过利用一个整流电桥(如下面的电源电路)，该保险也可以用于交流电路。电容器C2提供保险端的瞬时电压保护。二极管D2避免当保险上的电压很低时，C1经过负载放电。 过压过流保护器电路图 当电源供给电压或负载吸取的电流太大时，下图电路可断开负载给出故障指示。 正常工作时，Tr1和Tr2均截止，555复位，555中的放电晶体管导通，它从Tr3基极吸取电流，使Tr3处开饱和，电源5～12V便直接送主负载。当负载吸取电流超过规定值时，Rsc上压降增加，使Tr1导通，555被触发，于是内部放电晶体管截止，跟着Tr3也截止，将电源与负载隔离，这时555处于单稳状态，单稳时间一到，只要负载过流现象不排除，555又重新触发，Tr3继续将负载隔离。
开关电源保护电路实例详细分析 输入欠压保护电路 1、输入欠压保护电路一 概述（电路类别、实现主要功能描述）： 该电路属于输入欠压电路，当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc，从而关闭输出。 电路组成（原理图）： 工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时，A点电压高于U4的Vref，U4导通，B点电压为低电平，Q4导通，Vcc供电正常；当输入电压低于保护电压时，A点电压低于U4的Vref，U4截止，B点电压为高电平，Q4截止，从而Vcc没有电压，此时Vref也为低电平，当输入电压逐渐升高时，A点电压也逐渐升高，当高于U4的Vref，模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。 电路的优缺点 该电路的优点：电路简单，保护点精确 缺点：成本较高。 应用的注意事项： 使用时注意R1，R2的取值，有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1，R2的温度系数，否则高低温时，欠压保护点相差较大。 2、输入欠压保护电路二 概述（电路类别、实现主要功能描述）： 输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时，关闭输出；当输入电压升高到设定恢复值时，输出自动恢复正常。
电路组成（原理图）： 工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时， Va大于VD4的稳压值，VT4导通，Vb为0电位，VT5截止，此时保护电路不起作用；当输入电压低于设定欠压值时，Va小于VD4的稳压值，VT4截止，Vb为高电位，VT5导通，将COMP（芯片的1脚）拉到0电位，芯片关闭输出，从而实现了欠压保护功能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通，将R21与R2并联， ；恢复时，VT6截止，， 回差电压即为(Vin’-Vin)。 电路的优缺点 优点：电路形式简单，成本较低。 缺点：因稳压管VD4批次间稳压值的差异，导致欠压保护点上下浮动，大批量生产时需经常调试相关参数。 应用的注意事项： VD4应该选温度系数较好的稳压管，需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试 输出过压保护电路 1、输出过压保护电路一 概述（电路类别、实现主要功能描述）： 输出过压保护电路。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障（开环或其他）导致输出电压高于稳压值时，此电路会将输出电压钳位在设定值。 电路组成（原理图）：
测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准， 动嘴巴。’下面让我们逐句进行解释吧。 一、三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分 为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R X100或RX1k挡位。图2绘出了万用电表 欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试 的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极（如这两个电极为1、2）,用万用 电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基 极（参看图1、图2不难理解它的道理）。 二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的 导电类型（图1）。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被 测管即为PNP型。 三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透 电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 （1）对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的 黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转 角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔TC 极~b极极T红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（顺箭头”，）所以此 时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。
车载ECU的安全性能要求很高，在电气、物理、化学等各方面，各大汽车厂商通常都有自己严格的标准。一般情况下，车载ECU的外部接口都要有各种故障保护电路，其中最重要的莫过于对车载12V电源或对地发生短路时的保护电路。由于USB接口可以直接输出5伏电源，所以短路保护显得尤为重要。本文设计的保护电路可以实现对USB电源输出线的有效保护，无论USB电源输出线VBUS发生对12V电源还是对地短路，均不影响车载ECU内部电路的正常工作，实现了本质安全级的短路保护。 1、前言 为了保证行车安全，车载ECU的安全性能要求很高，在设计时便要保证故障发生率尽量低。作为目前应用最为广泛的移动外设与主机间通讯接口，USB（Universal Serial Bus）具有成本低、使用简单、支持即插即用、易于扩展等特点，在车载娱乐和存储设备上获得了广泛的应用。因为USB接口提供了内置电源，可提供 500mA以上的电流，对于一些功率较大的设备，如移动硬盘等，其瞬时驱动电流则可达到1A以上。如果车载ECU上带有像USB总线这种可以直接输出电源的接口，为防止接口电路发生对电源或对地短路时损坏机体，其接口部分通常都应具有保护电路，以便执行故障自诊断和保护功能。当系统产生故障时，它能在存储体中自动记录故障代码并采用保护措施，防止系统损坏，避免引起安全事故。 2、电路设计 利用比较器并结合外围电路，本文设计了一种可以自动探测USB电源输出线是否发了对12V电源或地短路，并且可以在短路故障发生时自动切断电源供应的保护电路。另外，如果探测到联接设备不在支持的USB设备之列，系统也可以借助本电路主动断开电源供应，并自动根据设备的连接状态实现对电源供应的控制。具体电路如图1所示。 图1 USB VBUS短路保护电路 图中MN1和MN2是USB电源通道上的两个MOSFET，用于控制5伏电源的输出，它们的G端都连接到比较器的输出端上。比较器的正端电位值受 3.3伏和VBUS共同影响，负端电位值由Umid通过电阻分压来决定，Umid的值总是与VCC5V和VBUS中的大者相同。本充分发挥二极管的正向导通和反向截止的作用，并对MOS管中快恢复二极管加以利用，利用一个比较器便可以构成一个窗口比较器。如果VBUS上的电压落在窗口之外（例如12V供电电压或地电平），那么比较器输出低电平，关断供电线的MOS管。这样既使12V电压无法进入系统内部，也防止了系统5V供电因为对地短路而发生过流，起到了保护系统不受短路侵扰的作用。 3、功能论证
防护电路设计 1.防护电路中的元器件 1.1过压防护器件 1.1.1钳位型过压防护器件 ①压敏电阻 MOV电路符号 压敏电阻英文varistor或MOV，它以氧化锌为基料，加入多种添加剂，经过混料造粒， 压制成坯体，高温烧结，两面印烧银电极，焊接引出端，最后包封等工序而制成。 优点是价格便宜，通流量大，响应速度快，缺点是寄生电容大，不适合用在高频电路中。 压敏电阻器广泛应用于家用电器及其它电子产品中，起过电压保护、防雷、抑制浪涌电 流、吸收尖峰脉冲、限幅、高压灭弧、消噪、保护半导体元器件等作用。 压敏电压的选择：交流电路其最小值一般选择被保护设备电压2-3倍，直流电路选取为 工作电压的1.8-2倍。 由于压敏制作时可能存在微小缺陷，或者当承受不同电流冲击，造成管芯的压敏电阻体 分布不均，一些部位电阻会降低，导致漏电流增加，最终导致薄弱点微融化，最终导致 老化。所以一般串接热熔点来避免。 压敏可串并联使用。 ②TVS TVS电路符号 TVS是一种限压型的过压保护器，它将过高的电压钳制至一个安全范围，藉以保护后 面的电路，有着比其它保护元件更快的反应时间，这使TVS可用在防护lighting、 switching、ESD等快速破坏性瞬态电压。 特点：可分为单双向，响应时间快、漏电流低、击穿电压误差小、箝位电压较易控制、 并且经过多次瞬变电压后，性能不下降，可靠性高，体积小、易于安装。缺点是能承受 的浪涌电流较小，且功率大的寄生电容也大，低电容的功率较小。适用于细保护或者二 级保护。
选型注意，单双向，电压，功率，电容都要考虑到。 单向TVS伏安特性双向TVS伏安特性 1.1.2开关型过压防护器具 ①气体放电管 GDT电路符号 气体放电管是一种陶瓷或玻璃封装的、内充低压惰性气体的短路型保护器件，一般分两电极和三电极两种结构。其基本的工作原理是气体放电。当极间的电场强度超过气体的击穿强度时，就引起间隙放电，从而限制了极间的电压，使与气体放电管并联的其它器件得到保护。可分为二极和三极两种。 陶瓷气体放电管具有通流量大（KA级），漏电流小，寄生电容小等优点，缺点是其响应速度慢（μs级），动作电压精度低，有续流现象。适用于粗保护或者初级保护。 选型方法：min（UDC）≥1.25*1.15Up 1.25是安全余量，1.15是电源波动系数。 特性曲线
@@@大学课程设计报告 课程名称：过/欠电压保护提示电路 系部：电力工程系 专业班级：电气工程及其自动化 学生姓名： 指导教师：张志恒 完成时间： 报告成绩： 目录
1.概述 (3) 1.1 过欠压电路课程设计背景 (3) 1.2 过欠压电路课程设计目的 (3) 1.3 设计任务与要求 (3) 2.设计内容 (4) 2.1 分模块电路设计思路 (4) 2.2 电源模块的设计 (4) 2.3 比较模块的设计 (5) 2.4 报警模块的设计 (6) 3.总电路图 (7) 3.1 图像 (7) 3.2 元件清单 (7) 3.3 部分重要原件介绍 (8) 4.仿真与调试 (12) 4.1 仿真过程中数据记录 (12) 4.2 结论 (19) 5.心得体会 (20) 1.概述
1.1 过欠压电路课程设计背景 日常生活中，我们不可避免的要用到要用到各种各样的电气设备。由于电网电压的波动，在较高的电压下很有可能使电气设备受到损坏，而在低压时电气设备不能正常工作。在这种情况下就需要有一个电压报警指示设备，使其可以及时准确地对电网电压进行分段指示并对过、欠压进行指示报警，从而实现保护电器设备的目的。 1.2 过欠压电路课程设计目的 通过设计，使同学们对模拟电子技术理论知识在生产实际中的应用有一个初步的认识。加深同学们对所学的理论知识与实际的应用的结合。通过设计，全面提高同学们、分析、判断、解决问题的能力。 1.3 设计任务与要求 (1) 设计一个过欠电压保护电路，当电网交流电压大于250V 或小于180V时，经3～4s本装置将切断用电设备的交流供电，并用LED发光警示。 (2) 在电网交流电压恢复正常后，经本装置延时3～5分钟后恢复用电设备的交流供电。 2.设计内容 2.1 分模块电路设计思路
安阳师范学院本科学生毕业设计报告逆变器保护电路设计 作者秦文 系（院）物理与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 年级 2008级专升本 学号 081852080 指导教师潘三博 日期 2010.06.02 成绩
学生承诺书 本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均以在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期: 论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名: 导师签名: 日期:
逆变器保护电路设计 秦文 （安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳 455002） 摘要:本文针对SPWM逆变器工作中的安全性问题，阐述了如何利用电路实现保护复位和死区调节。在PWM三相逆变器中，由于开关管存在一定的开通和关断时间，为防止同一桥臂上两个开关器件的直通现象，控制信号中必须设定几个微秒的死区时间。尽管死区时间非常短暂，引起的输出电压误差较小，但由于开关频率较高，死区引起误差的叠加值将会引起电机负载电流的波形畸变，使电磁力矩产生较大的脉动现象，从而使动静态性能下降，降低了开关器件的实际应用效果，但是却对逆变器的安全运行意义重大。 关键词:保护电路；复位电路；死区调节 1 引言 在现在的系统中电力器件的应用也越来越广而与此同时对器件的保护也被认识了其重要性。电子器件很易被损坏，保护电路的要求也很苛刻。在工程应用中，为了使SPWM 逆变器安全地工作，需要有可靠的保护系统。一个功能完善的保护系统既要保证逆变器本身的安全运行，同时又要对负载提供可靠的保护。 随着电力电子技术的发展，功率器件如IGBT、MOSFET等广泛应用于PWM变流电路中。对于任何固态的功率开关器件来讲，都具有一定的固有开通和关断时间，对于确定的开关器件，固有开通和关断时间内输入的信号是不可控的，称为开关死区时间，它引起开关死区效应，简称为死区效应。在电压型PWM逆变电路中，为避免同一桥臂上的开关器件直通，必须插入死区时间，这势必导致输出电压的误差。该误差是谐波的重要来源，它不但增加了系统的损耗，甚至还可能造成系统失稳。 随着电力电子技术的发展,逆变器主电路、控制电路发生了较大变化,其性能不断改善,当然,保护电路也应随之作相应完善。逆变器保护电路主要包括过压保护、过载(过流) 保护、过热保护等几个方面。 本文仅就保护复位电路与死区控制电路与的实现进行了分析和研究。 2 保护电路设计 较之电工产品，电力电子器件承受过电压、过电流的能力要弱得多，极短时间的过电压和过电流就会导致器件永久性的损坏。因此电力电子电路中过电压和过电流的保护装置是必不可少的，有时还要采取多重的保护措施。 2.1 死区控制电路的结构设计 死区控制电路的电路拓扑结构如图所示，其主要功能是确保主电路中的开关管S 1、S 2 不能同时导通。死区电路的波形图如图1所示，从图中可以明显地看出开关管S 1和S 2 的驱 动信号没有使S 1与 S 2 同时导通的重叠部分，这就是两个主开关管之间存在所谓的“死区”。 而通过改变HEF4528芯片的输出信号脉宽，就可以调节驱动信号的脉宽。（具体的方式是 通过改变HEF4528芯片的外接RC电路的参数值实现的，如图2所示）如图3所示R t 、C t 的值与输出脉宽的关系在本文中，选择电位器P2的阻值为10kΩ,电容C237的容值为103pF，因此由图3可知，输出信号的脉宽大约为10μs 。
保护电路设计方法- 过电压保护 2.过电压 保护 ⑴过电 压的产生 及抑制方 法 ①过电压产生的原因 对于IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD逆向恢复时，产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感，就产生了L di/dt电压（关断浪涌电压）。 这里，以IGBT关断时的电压波形为例，介绍产生原因和抑制方法，以具体电路（均适用IGBT/FWD）为例加以说明。 为了能观测关断浪涌电压的简单电路的图6中，以斩波电路为例，在图7中示出了IGBT关断时的动作波形。 关断浪涌电压，因IGBT关断时，主电路电流急剧变化，在主电路分布电感上，就会产生较高的电压。关断浪涌电压的峰值可用下式求出： V CESP=E d＋(-L dI c/dt) 式中dl c/dt为关断时的集电极电流变化率的最大值；V CESP为超过IGBT的C-E间耐压(V CES)以至损坏时的电压值。 ②过电压抑制方法 作为过电压产生主要因素的关断浪涌电压的抑制方法有如下几种： 1.在IGBT中装有保护电路（=缓冲电路）可吸浪涌电压。缓冲电路的电容，采用薄膜电容，并靠近IGBT 配置，可使高频浪涌电压旁路。
2.调整IGBT的驱动电路的V CE或R C，使di/dt最小。 3.尽量将电件电容靠近IGBT安装，以减小分布电感，采用低阻抗型的电容效果更佳。 4.为降低主电路及缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好，用铜片作接线效果更佳。 ⑵缓冲电路的种类和特 缓冲电路中有全部器件紧凑安装的单独缓冲电路与直流母线间整块安装缓冲电路二类。 ①个别缓冲电路 为个别缓冲电路的代表例子，可有如下的缓冲电路 1.RC缓冲电路 2.充放电形RCD缓冲电路 3.放电阻止形RCD缓冲电路 表3中列出了每个缓冲电路的接线图。特点及主要用途。 表3 单块缓冲电路的接线圈特点及主电用途
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2 https://www.doczj.com/doc/ef7446297.html, 3 AUMOV?系列压敏电阻介绍5 LV UltraMOV?压敏电阻系列介绍6 压敏电阻基础 8 汽车MOV 背景信息和应用例举 11 LV UltraMOV?背景信息和应用例举13 低压直流 MOV 选型16 瞬态浪潮抑制技术 18 金属氧化物压敏电阻（MOV ）介绍18 压敏电阻串、并联 21 附件：技术规格和零件号相互参照 本文件的技术规格说明和说明性材料为出版时所知的最准确的描述，如有变更，恕不另行通知。 更多信息，请访问https://www.doczj.com/doc/ef7446297.html, 。
https://www.doczj.com/doc/ef7446297.html, 3 AUMOV TM 系列压敏电阻介绍 以上器件有以下规格： ? 磁盘大小： 5mm, 7mm, 10mm, 14mm, 20mm ? 额定工作电压：16–50VDC 额定浪涌电流：400－5000A （8/20ps ）? ? 额定助推起动功率：6－100焦耳? 额定负载突降: 25–35 V AUMOV TM 系列特点 ? 符合AEC-Q200（表10）的规定? 强劲的负载突降和助推起动功率? 通过UL 认证（可选环氧树脂涂层） ? 较高的工作温度：最高达125°C （可选酚醛树脂涂层）? 较高的额定峰值浪涌电流和能量吸收能力 AUMOV TM 系列的优点 ? 符合汽车行业要求? 符合ISO 7637-2的规定 ? 有助于电路设计员符合UL1449标准? 适合高温环境和应用 ? 卓越的浪涌保护和能量吸收能力，提高了产品的安全性? 具有通过TS16949认证的生产器件 AUMOV?系列压敏电阻是专为保护低压（12VDC 、24VDC 和42VDC ）汽车系统的电路而设计的。该系列压敏电阻有5种磁盘规格，径向引线可选择环氧树脂涂层或酚醛树脂涂层。汽车MOV 压敏电阻符合AEC-Q200（表10）的规定，能够提供强劲的负载突降、实现助推起动、产生额定峰值浪涌电流以及具有高能量吸收能力。
DKBA 华为技术有限公司企业技术规范 DKBA1268-2003.08 代替DKBA3613-2001.11防护电路设计规范 2003-11-10发布2003-11-10实施 华为技术有限公司发布
目次 前言 (6) 1范围和简介 (7) 1.1范围 (7) 1.2简介 (7) 1.3关键词 (7) 2规范性引用文件 (7) 3术语和定义 (8) 4防雷电路中的元器件 (8) 4.1气体放电管 (8) 4.2压敏电阻 (9) 4.3电压钳位型瞬态抑制二极管（TVS） (10) 4.4电压开关型瞬态抑制二极管（TSS） (11) 4.5正温度系数热敏电阻(PTC） (11) 4.6保险管、熔断器、空气开关 (12) 4.7电感、电阻、导线 (13) 4.8变压器、光耦、继电器 (14) 5端口防护概述 (15) 5.1电源防雷器的安装 (16) 5.1.1串联式防雷器 (16) 5.1.2并联式防雷器 (16) 5.2信号防雷器的接地 (18)
5.3天馈防雷器的接地 (19) 5.4防雷器正确安装的例子 (19) 6电源口防雷电路设计 (20) 6.1交流电源口防雷电路设计 (20) 6.1.1交流电源口防雷电路 (20) 6.1.2交流电源口防雷电路变型 (22) 6.2直流电源口防雷电路设计 (23) 6.2.1直流电源口防雷电路 (23) 6.2.2直流电源口防雷电路变型 (24) 7信号口防雷电路设计 (25) 7.1E1口防雷电路 (26) 7.1.1室外走线E1口防雷电路 (26) 7.1.2室内走线E1口防雷电路 (27) 7.2网口防雷电路 (31) 7.2.1室外走线网口防雷电路 (31) 7.2.2室内走线网口防雷电路 (32) 7.3E3/T3口防雷电路 (36) 7.4串行通信口防雷电路 (36) 7.4.1RS232口防雷电路 (36) 7.4.2RS422&RS485口防雷电路 (37) 7.4.3V.35接口防雷电路 (39) 7.5用户口防雷电路 (39)
MOSFET的驱动保护电路的设计与应用 时间：2012-05-30 10:12:34 来源：电子设计工程作者：郭毅军，苏小维，李章勇，陈丽 摘要：率场效应晶体管由于具有诸多优点而得到广泛的应用；但它承受短时过载的能力较弱，使其应用受到一定的限制。分析了MOSFET器件驱动与保护电路的设计要求；计算了MOSFET驱动器的功耗及MOSFET驱动器与MOSFET的匹配；设计了基于IR2130驱动模块的MOSFET驱动保护电路。该电路具有结构简单，实用性强，响应速度快等特点。在驱动无刷直流电机的应用中证明，该电路驱动能力及保护功能效果良好。 关键词：功率场效应晶体管；功耗和匹配；驱动电路；保护电路 功率场效应晶体管(Power MOSFET)是一种多数载流子导电的单极型电压控制器件，具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、无二次击穿现象和安全工作区域(SOA)宽等优点，因此，在高性能的开关电源、斩波电源及电机控制的各种交流变频电源中获得越来越多的应用。但相比于绝缘栅双极型晶体管IGBT或大功率双极型晶体管GTR等，MOSFET管具有较弱的承受短时过载能力，因而其实际使用受到一定的限制。如何设计出可靠和合理的驱动与保护电路，对于充分发挥MOSFET功率管的优点，起着至关重要的作用，也是有效利用MOSFET管的前提和关键。文中用IR2130驱动模块为核心，设计了功率MOSFET驱动保护电路应用与无刷直流电机控制系统中，同时也阐述了本电路各个部分的设计要求。该设计使系统功率驱动部分的可靠性大大的提高。 1 功率MOSFET保护电路设计 功率场效应管自身拥有众多优点，但是MOSFET管具有较脆弱的承受短时过载能力，特别是在高频的应用场合，所以在应用功率MOSFET对必须为其设计合理的保护电路来提高器件的可靠性。功率MOSFET保护电路主要有以下几个方面： 1)防止栅极 di／dt过高：由于采用驱动芯片，其输出阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，或者有可能造成功率管遭受过高的di／dt而引起误导通。为避免上述现象的发生，通常在MOS驱动器的输出与MOS管的栅极之间串联一个电阻，电阻的大小一般选取几十欧姆。 2)防止栅源极间过电压由于栅极与源极的阻抗很高，漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅源尖峰电压，此电压会使很薄的栅源氧化层击穿，同时栅极很容易积累电荷也会使栅源氧化层击穿，所以要在MOS管栅极并联稳压管以限制栅极电压在稳压管稳压值以下，保护MOS管不被击穿，MOS管栅极并联电阻是为了释放栅极电荷，不让电荷积累。 3)防护漏源极之间过电压虽然漏源击穿电压VDS一般都很大，但如果漏源极不加保护电路，同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压，进而损坏MOS管，功率管开关速度越快，产生的过电压也就越高。为了防止器件损坏，通常采用齐纳二极管钳位和RC缓冲电路等保护措施。 当电流过大或者发生短路时，功率MOSFET漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极限值所规定的时间内关断功率MOSFET，否则器件将被烧坏，因此在主回路增加电流采样保护电路，当电流到达一定值，通过保护电路关闭驱动电路来保护MOSFET 管。图1是MOSFET管的保护电路，由此可以清楚的看出保护电路的功能。