任何電子設(shè)備的可靠性都取決于硬件保護電路的設(shè)計。終端用戶很可能會犯各式各樣的錯誤，所以優(yōu)秀的硬件設(shè)計師需要負責(zé)硬件失誤的發(fā)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(shè)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(jiān)控輸入電壓，當(dāng)其超過限定值時，會產(chǎn)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(yù)防高電壓的傷害。電路會在電源線上產(chǎn)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(chǎn)生短路則取決于齊納電壓。電路由一個晶閘管構(gòu)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(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓超過齊納電壓后，齊納二極管導(dǎo)通，因此電壓加到晶閘管門極，使得輸入電壓與地之間產(chǎn)生短路。短路會從電源中產(chǎn)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(yīng)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(fā)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(fā)。

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(shè)計者可以根據(jù)自己的需求選取該二極管的參數(shù)。

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(dǎo)通之前處于關(guān)斷狀態(tài)。

47nF 電容：每個晶閘管這樣的電源開關(guān)都需要緩沖電路，從而抑制開關(guān)時的電壓尖峰并預(yù)防晶閘管的誤觸發(fā)。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(dǎo)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(dǎo)致誤觸發(fā)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。