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过压保护电路的设计与仿真验证

时间:2023-04-22 13:04:59

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过压保护电路的设计与仿真验证

1.简介

在当今社会中,关于电,可谓是随处可见。但是在平常使用的过程中,我们经常会接错电器,按理来说如果接入了过大的电压会导致电器烧毁,但在日常生活里却少有这样子的情况,这是为什么呢?其实答案就在电器设备的电源供电装置内,很多的电气设备会内置过压保护电路,当电压高于一个阈值的时候,MOS管就会关断,过高的电压就无法传输到后面的用电装置上,这样子就可以起到过压保护的功能。

2.结构介绍

由图可见,最简单的过压保护电路的三个核心部件为稳压二极管、P沟道增强型MOS、PNP型三极管。由于稳压二极管的作用,三极管的Ubq被稳定在一个固定值,而Ueq等于输入电压,当输入电压在稳压二极管的稳压值附近时,三极管的Ube=0V,三极管处于截止状态。此时对MOS分析,发现由于R38与R44的分压作用,使Ug=0.5*VCC,Us=VCC,Ugs=Ug-Us<0V,所以MOS管处于开通状态,电压稳定输入到右端的用电器处。当输入电压高于稳压值一段电压后,三极管的Ubq=Uz(Uz为稳压二极管稳定电压),Ueq=VCC,此时如果Ube<-0.7V,三极管就会打开,而导致R38被短接,使MOS的Ug=VCC,此时Ugs=0V,MOS关断(见图2),电压无法传输到右边的工作电路中,起到了电压保护功能。

3.仿真结果

本次仿真我采用的是Multisim这款仿真软件,当输入是3.5V电压时,相关的电压数据如下图3。而当输入电压达到5V时的仿真结果如下图4。顺带一说,在仿真的过程中,我如果将R3与R4的电阻给的过小,会出现过压保护电路无法正常工作的情况,阈值大约在300欧姆左右,仿真结果如下图5。我认为原因是R3过小,而三极管并不是理想的三极管是存在动态电阻的,此时三极管的动态内阻与R3相近,所以R3并没有被完全短接,导致了Ugs<0V,MOS一直开启,过压保护电路也失去作用。

最后,如果我的文章可以帮助到你,是我莫大的荣幸。

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