电源前端防护电路

1️⃣ 主要防护需求

电源前端防护通常需要应对以下情况：

防护类型	典型问题	常用方案
过压保护	电源瞬间高于正常值	TVS二极管、齐纳二极管
欠压/过流保护	电源短路或过载	熔断器、PTC自恢复保险丝、电流检测+MOSFET断开
反接保护	电源极性接反	二极管串联或肖特基二极管、MOSFET反接保护
浪涌/瞬态抑制	雷击、开关等瞬态尖峰	TVS、MOV（金属氧化物压敏电阻）
EMC干扰	电源导入噪声	共模电感、X/Y电容、滤波器

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2️⃣ 常见电路实现

2.1 反接保护

1. 二极管串联

   • 优点：简单、成本低

   • 缺点：正向压降（如1N4007约0.7V，肖特基二极管约0.3V）

    

   Vin ---|>|--- Vout

2. MOSFET反接保护

   • 优点：压降低、效率高

   • 常用：P沟MOSFET源接Vin，漏接Vout，栅接地

   • 优点：电压降仅几mV，适合大电流电路

2.2 过流保护

1. 保险丝/PTC

   • PTC自恢复保险丝：过流熔断后会自恢复

   • 常规保险丝：一次性保护

2. 主动限流

   • 电流检测（采样电阻）+MOSFET断开或PWM控制

   • 可实现精确电流限制，适合敏感电路

2.3 过压保护

1. TVS二极管

   • 快速响应瞬态高压

   • 选型：击穿电压略高于正常电源，功率承受大于浪涌能量

2. 齐纳二极管

   • 过压参考或保护小功率电路

3. 保险丝+TVS组合

   • TVS吸收瞬态，保险丝防止长时间过压损坏

2.4 EMI滤波

• 共模电感+X/Y电容

  • X电容：跨相电容（抑制差模干扰）

  • Y电容：对地电容（抑制共模干扰）

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3️⃣ 综合防护电路示意

 

Vin ----+----[PTC/保险丝]----+----+----> Vout | | | | TVS | MOV | | | | | GND MOSFET反接保护

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4️⃣ 设计注意事项

1. 功率裕量：过流、过压元件需承受最大可能能量

2. 响应速度：TVS比保险丝快，但保险丝耐持续过流更好

3. 压降要求：MOSFET反接比二极管压降低

4. PCB布局：电流路径尽量短粗，避免高频干扰和热量集中