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(hù)很可能會(huì )犯各式各樣的錯誤，所以?xún)?yōu)秀的硬件設計師需要負責硬件失誤的發(fā)生。許多保護電路都有著(zhù)各自的公用。最常見(jiàn)的保護電路有過(guò)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(lái)討論的是撬棍電路，這是一種電子設備中常用的過(guò)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(guò)9.1V時(shí)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(huì )監控輸入電壓，當其超過(guò)限定值時(shí)，會(huì )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(kāi)，從而預防高電壓的傷害。電路會(huì )在電源線(xiàn)上產(chǎn)生短路，就像是撬棍掉在了電源線(xiàn)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(gè)晶閘管構成，晶閘管會(huì )直接連在輸入電壓和地之間，但晶閘管因為門(mén)極接地所以默認為關(guān)斷狀態(tài)。當輸入電壓超過(guò)齊納電壓后，齊納二極管導通，因此電壓加到晶閘管門(mén)極，使得輸入電壓與地之間產(chǎn)生短路。短路會(huì )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(kāi)。

以上圖片展示了過(guò)壓保護的過(guò)程。電壓增加到9.75V后，保險絲熔斷。其中每一個(gè)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(fā)生時(shí)有足夠的電流來(lái)熔斷保險絲。

0.uF電容：這是一個(gè)濾波電容；它會(huì )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(guò)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(gè)下拉電阻，為了確保晶閘管的門(mén)極接地，并能在齊納二極管導通之前處于關(guān)斷狀態(tài)。

47nF電容：每個(gè)晶閘管這樣的電源開(kāi)關(guān)都需要緩沖電路，從而抑制開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓尖峰并預防晶閘管的誤觸發(fā)。電容容值需要剛好能夠濾除噪聲，因為高容值會(huì )提高施加門(mén)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(huì )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(guò)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(huì )受到噪音問(wèn)題的影響；噪音會(huì )導致誤觸發(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(shí)間以及成本。